表面阳离子功能化氧化石墨烯材料及制备和应用的制作方法

本发明涉及一种表面阳离子功能化氧化石墨烯材料及其制备方法，属于功能氧化石墨烯材料制备范畴，反应过程涉及氧化石墨烯表面羧基和咪唑分子氨基之间缩合反应，及其咪唑和3-溴丙基三甲基溴化铵之间取代反应。

背景技术：

自2004年发现以来，石墨烯作为一种新型二维单原子厚度材料成为当今研究的热点。作为石墨烯的一种重要衍生物，氧化石墨烯由于其优异的物理化学性质，在生物分析领域受到越来越广泛的研究。氧化石墨烯不仅具有比表面积大、良好的亲水性和生物兼容性，而且表面含有大量含氧基团，利于进一步修饰。目前已经发展非共价和共价方法，在氧化石墨烯表面修饰功能分子。

蛋白质磷酸化是一种重要的翻译后修饰，在很多生物过程中起重要作用。但是，氧化石墨烯表面电势成负电性，由于静电排斥作用，其对磷酸化蛋白没有富集作用。因此在本专利中，为了实现中性条件下对磷酸化蛋白质进行富集，发展新型的表面阳离子功能化氧化石墨烯材料及其制备方法，其有望作为阴离子交换色谱用于选择性富集磷酸化蛋白质。

技术实现要素：

为制备表面阳离子功能化氧化石墨烯材料，本发明采用的技术方案为：

一种表面阳离子功能化氧化石墨烯材料，以氧化石墨烯表面羧基和咪唑分子氨基之间缩合反应，制备咪唑功能化氧化石墨烯；通过咪唑功能化氧化石墨烯与季铵离子之间反应，引入季胺离子，得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

所述的表面阳离子功能化氧化石墨烯材料的制备方法，其制备过程包括：氧化石墨烯的咪唑基功能化以及进一步的表面阳离子功能化。

所述的制备方法，氧化石墨烯的咪唑基功能化，将氧化石墨烯分散于吗啡乙磺酸溶液中，超声1-3小时使氧化石墨烯彻底剥离形成均匀分散液，然后加入氧化石墨烯质量数1-100倍的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺和氧化石墨烯质量数1-100倍n-羟基琥珀酰亚胺作为活化试剂，超声活化羧基1-3小时，活化反应完成后加入2-20倍氧化石墨烯质量的咪唑分子，搅拌反应60-240分钟，实现氧化石墨烯的咪唑基功能化；离心清洗除去未反应的咪唑、1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺以及n-羟基琥珀酰亚胺)随后依次用去离子水和乙醇交替清洗2-5次，最后真空干燥待用。

所述的制备方法，进一步的表面阳离子功能化，在咪唑功能化氧化石墨烯材料中加入其质量2到200倍的3-溴丙基三甲基溴化铵，并将二者分散于体积比2-200倍乙腈/异丙醇体系，反应体系在60-120c油浴下回流12-36h；反应结束后冷却反应液，抽虑，滤渣用预冷到25-35℃的乙腈和甲醇2次以上清洗，真空干燥得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

所述的表面阳离子功能化氧化石墨烯材料的应用，其可用于磷酸化蛋白质中ph7.0-7.7条件下富集分析。

1)咪唑功能化氧化石墨烯材料：利用氧化石墨烯表面羧基与咪唑氨基之间缩合反应，咪唑功能化氧化石墨烯材料；具体为，配置1mg/ml氧化石墨烯吗啡乙磺酸溶液，超声1-3h使go彻底剥离形成均匀分散液，然后加入1.05g1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(edc)和627mgn-羟基琥珀酰亚胺(nhs)作为活化试剂，超声活化羧基1-3h，活化反应完成后加入2-20倍氧化石墨烯质量的咪唑分子，搅拌反应60-240min，咪唑功能化氧化石墨烯材料。离心清晰除去未反应的咪唑和缩合试剂，三次去离子水和乙醇交替清洗，真空干燥待用。

2)表面阳离子功能化氧化石墨烯材料制备：利用咪唑功能化氧化石墨烯材料表面咪唑氨基和3-溴丙基三甲基溴化铵分子反应制备表面阳离子功能化石墨烯材料；具体为，取步骤(1)制备的咪唑功能化氧化石墨烯材料150mg，加入2到200倍咪唑功能化氧化石墨烯材料质量的3-溴丙基三甲基溴化铵，二者分散于乙腈/异丙醇体系，反应体系在90℃油浴下回流12-36h。反应结束后冷却反应液，抽虑，滤渣用预冷的乙腈和甲醇多次清洗，真空干燥得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

附图说明

图1表面阳离子氧化石墨烯制备示意图；

图2为咪唑功能化氧化石墨烯x-射线光电子能谱；

图3为表面阳离子功能化氧化石墨烯x-射线光电子能谱。

具体实施方式

实施例1

1.表面阳离子功能化氧化石墨烯制备：按图1所示，1)咪唑功能化氧化石墨烯材料：利用氧化石墨烯表面羧基与咪唑氨基之间缩合反应，咪唑功能化氧化石墨烯材料；具体为，配置1mg/ml氧化石墨烯吗啡乙磺酸溶液，超声2h使go彻底剥离形成均匀分散液，然后加入1.05g1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(edc)和627mgn-羟基琥珀酰亚胺(nhs)作为活化试剂，超声活化羧基2h，活化反应完成后加入10倍氧化石墨烯质量的咪唑分子，搅拌反应180min，咪唑功能化氧化石墨烯材料。离心清晰除去未反应的咪唑和缩合试剂，三次去离子水和乙醇交替清洗，真空干燥待用。

2)表面阳离子功能化氧化石墨烯材料制备：利用咪唑功能化氧化石墨烯材料表面咪唑氨基和3-溴丙基三甲基溴化铵分子反应制备表面阳离子功能化石墨烯材料；具体为，取步骤(1)制备的咪唑功能化氧化石墨烯材料150mg，加入5倍咪唑功能化氧化石墨烯材料质量的3-溴丙基三甲基溴化铵，二者分散于乙腈/异丙醇体系，反应体系在90℃油浴下回流24h。反应结束后冷却反应液，抽虑，滤渣用预冷的乙腈和甲醇多次清洗，真空干燥得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

2.材料表征：图2为唑功能化氧化石墨烯x-射线光电子能谱图，图3为表面阳离子功能化氧化石墨烯x-射线光电子能谱图(xps)。

由图可以看出氧化石墨烯表面成功实现阳离子功能化。

实施例2

1.表面阳离子功能化氧化石墨烯制备：按图1所示，1)咪唑功能化氧化石墨烯材料：利用氧化石墨烯表面羧基与咪唑氨基之间缩合反应，咪唑功能化氧化石墨烯材料；具体为，配置2mg/ml氧化石墨烯吗啡乙磺酸溶液，超声2h使go彻底剥离形成均匀分散液，然后加入1.05g1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(edc)和627mgn-羟基琥珀酰亚胺(nhs)作为活化试剂，超声活化羧基2h，活化反应完成后加入5倍氧化石墨烯质量的咪唑分子，搅拌反应120min，咪唑功能化氧化石墨烯材料。离心清晰除去未反应的咪唑和缩合试剂，三次去离子水和乙醇交替清洗3次，真空干燥待用。

2)表面阳离子功能化氧化石墨烯材料制备：利用咪唑功能化氧化石墨烯材料表面咪唑氨基和3-溴丙基三甲基溴化铵分子反应制备表面阳离子功能化石墨烯材料；具体为，取步骤(1)制备的咪唑功能化氧化石墨烯材料300mg，加入20倍咪唑功能化氧化石墨烯材料质量的3-溴丙基三甲基溴化铵，二者分散于乙腈/异丙醇体系，反应体系在90℃油浴下回流24h。反应结束后冷却反应液，抽虑，滤渣用预冷的乙腈和甲醇多次清洗，真空干燥得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

技术特征：

1.一种表面阳离子功能化氧化石墨烯材料，其特征在于：以氧化石墨烯表面羧基和咪唑分子氨基之间缩合反应，制备咪唑功能化氧化石墨烯；通过咪唑功能化氧化石墨烯与季铵离子之间反应，引入季胺离子，得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

2.一种权利要求1所述的表面阳离子功能化氧化石墨烯材料的制备方法，其制备过程包括：氧化石墨烯的咪唑基功能化以及进一步的表面阳离子功能化。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯的咪唑基功能化，将氧化石墨烯分散于吗啡乙磺酸溶液中，超声1-3小时使氧化石墨烯彻底剥离形成均匀分散液，然后加入氧化石墨烯质量数1-100倍的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺和氧化石墨烯质量数1-100倍n-羟基琥珀酰亚胺作为活化试剂，超声活化羧基1-3小时，活化反应完成后加入2-20倍氧化石墨烯质量的咪唑分子，搅拌反应60-240分钟，实现氧化石墨烯的咪唑基功能化；离心清洗除去未反应的咪唑、1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺以及n-羟基琥珀酰亚胺)随后依次用去离子水和乙醇交替清洗2-5次，最后真空干燥待用。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：进一步的表面阳离子功能化，在咪唑功能化氧化石墨烯材料中加入其质量2到200倍的3-溴丙基三甲基溴化铵，并将二者分散于体积比2-200倍乙腈/异丙醇体系，反应体系在60-120c油浴下回流12-36h；反应结束后冷却反应液，抽虑，滤渣用预冷到25-35℃的乙腈和甲醇2次以上清洗，真空干燥得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

5.一种权利要求1所述的表面阳离子功能化氧化石墨烯材的应用，其可用于磷酸化蛋白质中ph7.0-7.7条件下富集分析。

技术总结
本发明涉及一种表面阳离子功能化氧化石墨烯材料及其制备方法。根据氧化石墨烯表面羧基和咪唑分子氨基之间缩合反应，制备咪唑功能化氧化石墨烯，通过咪唑功能化氧化石墨烯与季铵离子之间反应，引入季胺离子，得到表面阳离子功能化氧化石墨烯材料。

技术研发人员：张丽华;江波;胡晔晨;杨开广;梁振;张玉奎
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2018.11.21
技术公布日：2020.05.29