复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，复合材料包括氧化石墨烯、低分子聚乙烯亚胺、高分子聚乙烯亚胺和交联剂，低分子聚乙烯亚胺和高分子聚乙烯亚胺通过交联剂修饰于氧化石墨烯表面；高分子聚乙烯亚胺为相对分子质量≥20000的聚乙烯亚胺，低分子聚乙烯亚胺为相对分子量小于5000的聚乙烯亚胺。其制备方法为：将氧化石墨烯分散在水中，加入交联剂得到混悬液；将高分子聚乙烯亚胺和低分子聚乙烯亚胺混合加入交联剂得到混合溶液；将混合溶液逐滴滴入混悬液中搅拌、用透析袋透析。复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料转染效率高、毒性低，可应用于基因转染和药物运载，具有高效、快捷、安全等优势。

【技术实现步骤摘要】
复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物医学及纳米材料
，尤其涉及一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着功能基因组时代的来临，构建各种功能基因突变体成为实验室研究和产业界必不可少的技术和措施。同时在生物医药领域，将功能基因导入含有基因缺失/突变的病灶细胞并在表达，从而改变细胞的遗传属性，取得更好的治疗效果。成功的基因转染和基因治疗离不开有效的复合材料。继续发展安全有效且低毒性的基因复合材料是基因转染技术研究中急需解决的问题。目前基因转染试剂一般可分为两类：病毒复合材料和非病毒复合材料。病毒复合材料具有高的转染效率，但由于免疫原性的存在，导致机体产生排斥，使得基因输送安全性不高。传统的非病毒复合材料有脂质体、聚合物以及金纳米颗粒等，但存在转染效率较低，细胞毒性高，缺乏靶向性等缺陷。在化疗药物领域也存在类似的问题，像多柔比星类脂溶性药物在口服和注射给药过程中容易流失，在到达病灶细胞之前已经代谢，造成药物利用低，对正常组织细胞具有较强的毒副作用。因此，寻求构建高效而又安全的转染试剂和药物复合材料，使目的基因在细胞中有效表达和药物在组织细胞中的高效运输，是当前生物医药领域关注的热点和重点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种转染效率高、毒性低的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料及其制备方法，可应用于基因转染和药物运载，具有高效、快捷、安全等优势。为解决上述技术问题，提供了一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，包括氧化石墨烯、低分子聚乙烯亚胺、高分子聚乙烯亚胺和交联剂，所述低分子聚乙烯亚胺和高分子聚乙烯亚胺通过交联剂修饰于所述氧化石墨烯表面；所述高分子聚乙烯亚胺为相对分子质量≥20000的聚乙烯亚胺，所述低分子聚乙烯亚胺为相对分子量小于5000的聚乙烯亚胺。上述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，优选的，所述高分子聚乙烯亚胺为相对分子质量为20000～25000的聚乙烯亚胺，所述低分子聚乙烯亚胺为相对分子量为1500～3000的聚乙烯亚胺。上述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，优选的，所述高分子聚乙烯亚胺、低分子聚乙烯亚胺与所述氧化石墨烯的质量比为5～10∶5～10∶1。上述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，优选的，所述交联剂为1-乙基-3-3-二甲基氨基丙基、N-羟基琥珀酰亚胺酯和三乙醇胺中的一种或多种。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯分散在水中，加入交联剂得到混悬液；将高分子聚乙烯亚胺和低分子聚乙烯亚胺混合加入交联剂得到混合溶液；S2、将所述混合溶液逐滴滴入混悬液中搅拌使充分接触；S3、用透析袋透析得到复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料。上述的制备方法，优选的，所述氧化石墨烯中加入的交联剂为1-乙基-3-3-二甲基氨基丙基(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺酯(NHS)；所述高分子聚乙烯亚胺和所述低分子聚乙烯亚胺的混合物中加入的交联剂为三乙醇胺(TEA)。EDC和NHS是为了使氧化石墨烯的羧基与聚乙烯亚胺的氨基更好地发生反应，生成酰胺键。TEA是为了更好地溶解聚乙烯亚胺。上述的制备方法，优选的，所述步骤S2中所述搅拌的温度为室温，搅拌的时间为24h；所述步骤S3中，所述透析袋为100KDa的透析袋，所述透析的条件为：在室温下以去离子水渗透3d。本专利技术中的室温为25℃。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料或上述的制备方法制备得到的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料在微生物或动植物细胞基因转染中的应用。优选的，微生物细胞为大肠杆菌、酵母菌或放线菌，动物细胞为实验室培养的稳定细胞系或原代培养细胞，植物细胞为建立的细胞系或植物愈伤组织。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料或上述的制备方法制备得到的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料在药物运载中的应用。优选的，所述药物为抗肿瘤药物。上述的应用，优选的，所述药物为芳香族药物。由于氧化石墨烯表面的独特碳原子结构可以与芳香性物质的苯环或杂环发生π-π堆垛作用，因此这种复合材料还可以负载其他芳香性药物，如阿霉素、紫杉醇、白藜芦醇、吲哚美辛、伊立替康等。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，包括氧化石墨烯、低分子聚乙烯亚胺和高分子聚乙烯亚胺。其中氧化石墨烯是一种新型二维碳纳米材料，具备良好的生物相容性、高比表面积、易修饰性，已被开始应用于药物传递。氧化石墨烯通过π-π堆垛作用，可将芳香族药物如多柔比星高效负载于表面。而在氧化石墨烯表面修饰复合聚乙烯亚胺可以促进复合材料高效进入细胞。聚乙烯亚胺是一种正电性的聚合物，被认为是转染的黄金复合材料。支化聚乙烯亚胺中含有大量氨基，有利于自身的质子化效应，促进内涵体逃逸，提高转染效率。高分子的聚乙烯亚胺虽然具有较高转染效率，但毒性较大，低分子聚乙烯亚胺虽然细胞毒性较小，但转染效率也较低。本专利技术充分发挥两者的优良特性，利用两者混合型溶液对氧化石墨烯表面进行修饰，得到了转染效果高于低分子量聚乙烯亚胺，而细胞毒性低于高分子量聚乙烯亚胺的新型聚乙烯亚胺-氧化石墨烯纳米复合物。(2)本专利技术提供了一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料的制备方法，在氧化石墨烯与混合的聚乙烯亚胺反应中，交联剂EDC和NHS是为了使氧化石墨烯的羧基与聚乙烯亚胺的氨基更好地发生反应，生成酰胺键。聚乙烯亚胺混合溶液中加入的TEA是为了更好地溶解聚乙烯亚胺。透析的作用是为了除去多余的聚乙烯亚胺，获得复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯。(3)本专利技术提供了一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料在基因转染和药物转载中的应用，当其应用于基因转染，在人肝癌细胞SMMC-7721中转染效率达80％以上，在浓度为18μg/mL时，细胞存活率保持在85％以上，且整个转染过程可在含血清条件下进行。将应用于药物复合材料实验，负载抗肿瘤药物多柔比星，负载率达到25％，肿瘤细胞识别率达85％以上。具有安全、快捷、有效等优势。附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为实施例1中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料的原子力显微镜图。图2为实施例1中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料的红外图。图3为实施例2中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料的转染效率荧光图。图4为实施例2中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料与其他转染试剂转染效率对比图。图5为实施例3中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料对DOX在不同pH下的释放曲线。图6为实施例3中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料装载DOX的体外细胞摄入荧光图。图7为实施例3中的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料与其他材料装载DOX的细胞毒性分析。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例以下实施例中所采用的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，其特征在于，包括氧化石墨烯、低分子聚乙烯亚胺、高分子聚乙烯亚胺和交联剂，所述低分子聚乙烯亚胺和高分子聚乙烯亚胺通过交联剂修饰于所述氧化石墨烯表面；所述高分子聚乙烯亚胺为相对分子质量≥20000的聚乙烯亚胺，所述低分子聚乙烯亚胺为相对分子量小于5000的聚乙烯亚胺。

【技术特征摘要】
1.一种复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，其特征在于，包括氧化石墨烯、低分子聚乙烯亚胺、高分子聚乙烯亚胺和交联剂，所述低分子聚乙烯亚胺和高分子聚乙烯亚胺通过交联剂修饰于所述氧化石墨烯表面；所述高分子聚乙烯亚胺为相对分子质量≥20000的聚乙烯亚胺，所述低分子聚乙烯亚胺为相对分子量小于5000的聚乙烯亚胺。2.根据权利要求1所述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，其特征在于，所述高分子聚乙烯亚胺为相对分子质量为20000～25000的聚乙烯亚胺，所述低分子聚乙烯亚胺为相对分子量为1500～3000的聚乙烯亚胺。3.根据权利要求1或2所述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，其特征在于，所述高分子聚乙烯亚胺、低分子聚乙烯亚胺与所述氧化石墨烯的质量比为5～10∶5～10∶1。4.根据权利要求1或2所述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料，其特征在于，所述交联剂为1-乙基-3-3-二甲基氨基丙基、N-羟基琥珀酰亚胺酯和三乙醇胺中的一种或多种。5.一种权利要求1至4中任一项所述的复合聚乙烯亚胺修饰氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯分散在水中，加入交联剂得到混悬液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，张溪之，童春义，范家龙，李建，聂新民，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43