一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料、制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料、制备方法及用途。制备方法包括如下步骤：1)氧化石墨烯片层上的羧基活化，得到氧化石墨烯分散液；2)在氧化石墨烯的片层上接枝多臂聚乙二醇和巯基：将氧化石墨烯分散液与端基为氨基的多臂聚乙二醇、缩合剂、水溶性强碱和半胱氨混合均匀，升温至50‑100℃反应6‑24h，分离，即可。本发明专利技术的氧化石墨烯复合材料在水中具有优秀的分散稳定性和生物相容性，所含巯基能够通过双硫键负载非水溶性抗癌症药物，是一种具有可控释放作用的纳米药物载体平台。

【技术实现步骤摘要】
一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料、制备方法及用途
本专利技术属于生物相容性药物载体材料
，具体涉及一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料、制备方法及用途。
技术介绍
癌症是一类严重危害人类生命健康的疾病，科学工作者为治疗癌症付出了巨大的努力。尽管近年来在癌症治疗方法上有不小的进步，但传统化疗药物对人体正常细胞和癌细胞没有特异性作用，治疗癌症的过程中对正常细胞也会产生很大的损伤，治疗效果依旧不令人满意。随着对癌症肿瘤细胞的深入研究，人们认识到癌症肿瘤部位的物理与化学环境与人体正常细胞的环境有较大的差异，利用纳米技术对肿瘤细胞进行靶向治疗是目前研究的一个重要方向。通过纳米材料将抗癌药物进行负载，结合实体瘤的高透过性和滞留效应(EPR效应)将药物精准靶向聚集在肿瘤部位；药物在体内递送的过程中不释放或少释放，到达靶向肿瘤部位后有效释放，能够减少药物的全身毒副作用，提高药物疗效。常用的药物纳米载体包括无机纳米粒子、聚合物纳米粒子、树枝状大分子和脂质体等，但当前这些药物纳米载体还存在生物相容性差、尺寸和形貌难以精确控制、表面修饰困难、负载率低和到达肿瘤部位不能有效释放等问题。2004年，Geim和Novoselov等人报道了一种新型的二维纳米材料—石墨烯，因其所具有独特的物理和化学性能引起了研究人员的广泛关注。氧化石墨烯(GO)是石墨烯材料制备研究过程中重要的衍生物，结构与石墨烯基本相同，为准二维层状结构，但是片层上随机分布着羟基和环氧基团，而片层的边缘随机分布着羧基和羟基。这就使氧化石墨烯不仅与石墨烯一样具有巨大的比表面积，具有较高的药物负载能力，而且所含的含氧基团赋予了氧化石墨烯及其衍生物良好的亲水性，使其在水中有良好的分散性，从而具有较好的生物相容性和低的细胞毒性。同时，氧化石墨烯含有的含氧基团使得其易于进行化学修饰，通过共价键与药物分子连接，能够精准地控制药物的释放过程。这些特性使得氧化石墨烯作为药物载体在药物控释领域具有极大的应用潜力。癌症肿瘤细胞内富含谷胱甘肽(GSH)，谷胱甘肽的浓度比其在人体血浆中的浓度高1000倍以上。据文献报道，二硫键会在谷胱甘肽的作用下发生断键反应。若药物分子通过二硫键负载于纳米药物载体上，当纳米药物聚集于肿瘤部位时，纳米药物上所负载的药物分子就会在谷胱甘肽的作用下从药物载体上释放出来，实现药物有效释放。二硫键是一种纳米药物载体有效可控释放药物分子的开关，而二硫键的生成首先需要在纳米药物载体上引入巯基。氧化石墨烯作为一种有良好应用前景的靶向抗肿瘤纳米药物载体，在其片层上引入巯基，能够使其成为一种具有可控释放作用的纳米药物载体平台，通过双硫键负载多种抗肿瘤药物分子。在石墨烯表面上引入巯基已有一些尝试，例如2012年Zhou等人通过小分子直接与GO表面的环氧基团反应，在GO片层上引入了氨基、巯基等活性基团，为刺激响应分子和靶向分子提供了合适的反应位点(Analyst2012,137,305)。然而这种方法需要长时间的高温反应，使氧化石墨烯部分热还原，造成了修饰过的石墨烯材料在水中的聚集，不适合生物医药应用。也即，现有的通过对GO表面修饰引入巯基的方法，必须经过高温，碱性条件，而高温碱性的条件会造成GO的一定程度的还原，还原后的GO水分散稳定性以及生物相容性会变差，这已经有其他相关报道，如：Adv.Mater.2008,20,4490和ACSNano.2018,12,1390，正因为此，现有文献中并未采用所得的巯基修饰的GO进行药物负载的研究。即，在氧化石墨烯片层上引入巯基能作为纳米药物载体仅停留在理论结论，分散稳定性和生物相容性差的实际缺陷限制了这一手段在生物医药领域的应用。目前，提高GO的生物相容性以及在水中分散的稳定性的主要方法是引入亲水性聚合物，如聚乙二醇(PEG)对GO片层进行修饰。由于GO表面的反应位点较少，连接多臂PEG可以引入更多的亲水基团，减少生物免疫反应，总分子量在5000-10000的多臂PEG还有体内滞留时间短的优势(NanoLetters,2009,9,1909)。2008年Dai等人利用GO的羧基与星型聚乙二醇间进行酰胺化反应，成功通过共价键将多臂PEG和石墨烯相连，所得石墨烯复合材料具有良好的水溶性和生物相容性，并通过π-π堆积等物理相互作用将抗癌药物吸附在聚GO片层表面，制备出石墨烯药物复合物(J.Am.Chem.Soc.2008,130,10876)。但该文献的载药机理是通过石墨烯的大共轭表面对药物分子进行物理吸附，并不是通过共价键连接，无法实现抗癌药物的可控释放。此后有文献表明，星型六臂并且单臂分子量大于1000的聚乙二醇修饰后的GO在水以及生物缓冲液的溶解性以及稳定性更好(Nanomedicine2011,6,1327)。综上，本领域尚需进一步研究氧化石墨烯片层上的化学修饰方法，使其在提供载药平台时兼具优异的分散稳定性、生物相容性以及制备工艺简单、适合规模化生产的优点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中的氧化石墨烯片层表面引入巯基过程易于在水中聚集、生物相容性不好的缺陷，而提供了一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料、制备方法及用途。本专利技术采用一锅法在石墨烯片层表面同时引入巯基和多臂聚乙二醇，引入巯基的量易于控制，复合材料制备方法简单，适合于规模化制备；本专利技术的氧化石墨烯复合材料在水中具有优秀的分散稳定性和生物相容性，所含巯基能够通过双硫键负载非水溶性抗癌症药物，是一种具有可控释放作用的纳米药物载体平台。本专利技术提供了一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料(PEG-GO-SH)的制备方法，其包括如下步骤：(1)氧化石墨烯片层上的羧基活化，得到氧化石墨烯分散液；(2)在氧化石墨烯的片层上接枝多臂聚乙二醇和巯基：将所述氧化石墨烯分散液与端基为氨基的多臂聚乙二醇、缩合剂、水溶性强碱和半胱氨混合均匀，升温至50-100℃反应6-24h，分离，即可。以下，对步骤(1)中的原料、工艺条件进行如下具体说明：步骤(1)中，氧化石墨烯片层上的羧基活化采用本领域常规方法进行，较佳地包括如下步骤：氧化石墨烯水溶液与碱混合反应，用酸调pH至中性，即得氧化石墨烯分散液。其中，氧化石墨烯水溶液按本领域常规方法制得，较佳地由氧化石墨烯(GO)均匀分散于去离子水中得到。得到的氧化石墨烯水溶液的浓度较佳地为0.01mg/mL-0.10mg/mL，更佳地为0.05mg/mL。其中，如下结构式表示氧化石墨烯(GO)：其中，所述的均匀分散为本领域常规操作，例如超声分散。其中，所述的碱较佳地为NaOH溶液，所述的NaOH溶液的浓度较佳地为5mol/L-8mol/L,更佳地为6mol/L-7mol/L，进一步更佳地为6mol/L。其中，所述的氧化石墨烯水溶液与所述的NaOH溶液的体积比较佳地为1:(0.01-0.1)，更佳地为1:(0.06-0.1)。其中，所述的混合反应较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：/n(1)氧化石墨烯片层上的羧基活化，得到氧化石墨烯分散液；/n(2)在氧化石墨烯的片层上接枝多臂聚乙二醇和巯基：将所述氧化石墨烯分散液与端基为氨基的多臂聚乙二醇、缩合剂、水溶性强碱和半胱氨混合均匀，升温至50-100℃反应6-24h，分离，即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种以共价键连接多臂聚乙二醇和巯基的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)氧化石墨烯片层上的羧基活化，得到氧化石墨烯分散液；
(2)在氧化石墨烯的片层上接枝多臂聚乙二醇和巯基：将所述氧化石墨烯分散液与端基为氨基的多臂聚乙二醇、缩合剂、水溶性强碱和半胱氨混合均匀，升温至50-100℃反应6-24h，分离，即可。


2.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯片层上的羧基活化包括如下步骤：氧化石墨烯水溶液与碱混合反应，用酸调pH至中性，即得氧化石墨烯分散液。


3.如权利要求2所述的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯水溶液由氧化石墨烯均匀分散于去离子水中得到；所述的均匀分散较佳地为超声分散；
和/或，所述的氧化石墨烯水溶液的浓度为0.01mg/mL-0.10mg/mL，较佳地为0.05mg/mL。


4.如权利要求2所述的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碱为NaOH溶液；所述的NaOH溶液的浓度较佳地为5mol/L-8mol/L，更佳地为6mol/L-7mol/L，进一步更佳地为6mol/L；
所述的氧化石墨烯水溶液与所述的NaOH溶液的体积比较佳地为1:(0.01-0.1)，更佳地为1:(0.06-0.1)；
和/或，所述的混合反应在室温下进行，时间为1-24小时，较佳地为3小时；
和/或，调pH至中性所采用的pH调节剂为盐酸溶液；所述盐酸溶液的浓度较佳地为1mol/L-10mol/L，更佳地为1mol/L。


5.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的端基为氨基的多臂聚乙二醇为端基为氨基的4、6或8臂的聚乙二醇，数均分子量为6000-10000g/mol，分子量分散度≤1.3；较佳地为端基为氨基的六臂聚乙二醇，数均分子量为9000-10000g/mol，分子量分散度≤1.1；
或者，所述的端基为氨基的多臂聚乙二醇的臂数为4、6或8，每个臂上的聚乙二醇的聚合度n为10-20的整数。


6.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的缩合剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和/或N,N'-二异丙基碳二亚胺；
和/或，所述的水溶性强碱包括氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液；
和/或，所述的水溶性强碱的浓度较佳地为0.05-0.15mol/L，更佳地为0.1mol/L；
和/或，所述的氧化石墨烯分散液与所述水溶性强碱的体积比为1:(0.001-0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓宇，郝冰洁，张森，姜虹，胡蓉，严佳，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：上海;31