CN108744068A - 一种石墨烯载药缓释电极材料的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯载药缓释电极材料的制备及应用，所述制备包括以下步骤：步骤1，将经聚多巴胺还原后的导电还原氧化石墨烯与中药混合后，在35℃温度条件下恒温处理一定时间获得载药还原氧化石墨烯；步骤2，将所述载药还原氧化石墨烯和水凝胶混合后获得导电还原氧化石墨烯载药缓释水凝胶电极材料。采用上述制备方法获得的石墨烯载药缓释电极材料在医疗领域的应用。本发明提供的石墨烯载药缓释电极材料克服了现有的水凝胶除应用于贴合皮肤并导电之外，不具备更多的医疗功能的单一性问题。

Description

一种石墨烯载药缓释电极材料的制备及应用

技术领域

本发明涉及医药技术领域，具体涉及一种石墨烯载药缓释电极材料的制备及应用。

背景技术

水凝胶是一类由亲水性高分子或聚合物通过共价键、氢键、范德华力等作用交联形成的三维网络结构材料。水凝胶性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。水凝胶能够供模拟细胞外基质的三维微环境，可以对细胞行为、组织功能进行调控，是一类很有前景的用于组织工程的生物材料。目前已有较广泛的应用。例如，由聚甲基丙烯酸羟乙酯制备的隐形眼镜,由重组蛋白或白蛋白形成的用于外科手术粘合的生物粘合剂，由藻酸盐多糖制备的伤口敷料,由透明质酸形成的用于填充修复的水凝胶等已被用于临床。总之，水凝胶具有良好的生物相容性、易成型加工、形状大小可控等特点，在三维组织工程基质、药物载体、生物复合材料等生物医学工程领域具有广泛的应用前景。近年来，基于合成或天然聚合物的水凝胶产品已有几十种，其中用于电刺激治疗的导电水凝胶因其广泛的应用前景引起了关注，导电水凝胶多用于神经、心肌等涉及电信号的生物组织。目前市场上的导电水凝胶一般分为聚电解质类掺杂型、无机导电成分(金属纳米颗粒、碳基纳米颗粒)添加型、导电高分子复合型等几类。传统的导电水凝胶多是以导电高分子为主体而形成的水凝胶，常见导电高分子包括聚吡咯(Ppy)、聚苯胺((PANI)、聚噻吩(PTH)、聚亚苯基乙烯(PPV)及其共聚物或衍生物。有研究使用Ppy为基的导电水凝胶，细胞培养实验表明该水凝胶能够促进神经细胞的粘附和轴突的生长。PEDOT为基的导电水凝胶也有类似的神经刺激反应。PANI基水凝胶能够在电刺激条件下促进神经和心肌再生。然而，这类导电水凝胶在生物医学应用中有一定的局限：首先，多次重复电刺激会引起导电高分子的不可逆氧化，从而降低其电学性能，影响使用寿命(不可逆)；其次，这类水凝胶除应用于贴合皮肤并导电之外(医疗功能单一)，目前不具备更多的医疗功能；最后，导电高分子在制备过程中会引入一些其他离子，引起过敏反应等(过敏反应)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的水凝胶除应用于贴合皮肤并导电之外(医疗功能单一)，目前不具备更多的医疗功能，本发明提供了解决上述问题的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备及应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，所述制备包括以下步骤：

步骤1，将经聚多巴胺还原后的导电还原氧化石墨烯与中药混合后，在35℃温度条件下恒温处理一定时间获得载药还原氧化石墨烯；

步骤2，将所述载药还原氧化石墨烯和水凝胶混合后获得导电还原氧化石墨烯载药缓释水凝胶电极材料。

优选地，所述导电氧化石墨烯的制备方法具体步骤为：

步骤A，低温反应：将称取的石墨粉和量取的浓硫酸加入容器中，且将容器置于冰浴条件下对容器内溶液进行连续搅拌至均匀；然后继续在搅拌条件下逐步加入所称取的高锰酸钾，得到混合溶液；

步骤B，中温反应：将所得的混合溶液所在容器置于35℃恒温水浴锅里搅拌进一步氧化后，取出容器进行持续搅拌设定时间；

步骤C，高温反应：设置恒温水浴加热到85℃后恒温；在恒温水浴初始加温时，将所得的混合溶液所在容器置于水浴环境中，并逐步加入蒸馏水搅拌，待水浴水温达到85℃后恒温继续反应设定时间；

步骤D，待高温反应后将所得的溶液进行过滤，得到泥块状物体；把泥块状物体放入烧杯中加入蒸馏水得到均匀悬浮的溶液；

步骤E，将得到的悬浮溶液在经离心得到导电氧化石墨烯的悬浮溶液。

优选地，所述石墨粉、高锰酸钾和浓硫酸的质量配比为1:5:6.5。

优选地，所述步骤A中，将容器置于具有冰浴的磁力搅拌机上进行搅拌操作，且以25g/h的加料速度逐步加入高锰酸钾；

所述步骤B中，混合溶液所在容器置于35℃恒温水浴锅里搅拌进一步氧化0.5h后，取出容器进行持续搅拌24h；

所述步骤C中，待水浴水温达到85℃后恒温继续反应0.5h。

优选地，所述步骤E中，经离心后获得导电氧化石墨烯浓度为1g/ml的悬浮溶液。

优选地，所述聚多巴胺的制备方法为：将多巴胺粉末溶解在pH＝11的碱性溶液中并在80℃下搅拌20min，使多巴胺在碱性、空气气氛中自聚形成聚多巴胺溶液。碱性溶液可采用氢氧化钠或氢氧化钾。

优选地，所述聚多巴胺还原导电还原氧化石墨烯的方法为：将导电氧化石墨烯悬浮液加入制备的聚多巴胺溶液中，形成混合液，搅拌使聚多巴胺与氧化石墨烯反应，当反应时间为20min后，导电氧化石墨烯被完全还原为还原氧化石墨烯。

优选地，所述步骤1中：将浓度为5mg/ml的还原氧化石墨烯水溶液溶液与中药粉末混合均匀后，在35℃温度条件下恒温反应1h。

优选地，所述步骤2中，将水凝胶与浓度为5mg/ml的载药还原氧化石墨烯水溶液进行混合，且水凝胶与载药还原氧化石墨烯水溶液的体积比为25:1。

采用上述制备方法获得的石墨烯载药缓释电极材料在医疗领域的应用。

中药可采用藏红花、冰片、乳香、没药、姜活等。

中药在我国历史悠久，很多中草药的疗效不但经受住了长期医疗实践的检验，而且也已被现代科学研究所证实。可广泛用于预防和治疗疾病并具有康复与保健等领域。

番红花又称藏红花、西红花，是一种鸢尾科番红花属的多年生花卉，是一种名贵的中药材，具有强大的生理活性，其柱头在亚洲和欧洲作为药用，其干燥柱头味甘性平，能活血化瘀，散郁开结，止痛。用于治疗忧思郁结，胸膈痞闷，吐血，伤寒发狂，惊怖恍惚，妇女经闭，血滞***，产后恶露不尽，瘀血作痛，麻疹，跌打损伤等。外用作镇静、驱风剂。活血化瘀，凉血解毒，解郁安神。温毒发斑、忧郁痞闷、惊悸发狂。药用主要成分为番红花甙、番红花酸二甲酯，番红花苦甙及挥发油，油中主要为番红花醛等。

冰片，又名片脑、桔片、艾片、龙脑香、梅花冰片、羯布罗香、梅花脑、冰片脑、梅冰等，是由菊科艾纳香茎叶或樟科植物龙脑樟枝叶经水蒸汽蒸馏并重结晶而得。亦有用松节油经一系列化学方法工艺而得。其可用于闭证神昏、用于目赤肿痛，喉痹口疮、用于疮疡肿痛，溃后不敛等。

乳香为橄榄科植物乳香树及其同属植物皮部渗出的树脂，乳香含树脂60～70％，树胶27～35％，挥发油3～8％。树脂的主要成分为游离α、β-乳香脂酸33％，结合乳香脂酸1.5％，乳香树脂烃33％。树胶为阿糖酸的钙盐和镁盐20％，西黄芪胶粘素6％；此外，尚含苦味质0.5％。挥发油呈淡黄色，有芳香，含蒎烯，消旋-柠檬烯及α、β-水芹烯，用小鼠热板法证明乳香挥发油有镇痛作用，提取挥发油后的残渣无效。挥发油中的镇痛主要成为乙酸正辛酯，乳香能促进多核白血球增加，以吞噬死亡的血球及细胞，改善新陈代谢，从而起消炎作用，跌打损伤、疮疡痈肿。乳香辛香走窜，入心、肝经。味苦通泄入血，既能散瘀止痛，又能活血消痈，祛腐生肌，为外伤科要药。治跌打损伤，常配没药、血竭、红花等药同用，气滞血瘀之痛证。本品辛散走窜，味苦通泄，既入血分，又入气分，能行血中气滞，化瘀止痛；内能宣通脏腑气血，外能透达经络，可用于一切气滞血瘀之痛症。

没药(Commiphora myrrha Eng1.)，又名末药，其他还有明没药、制没药、炙没药、醋炒没药、生没药、生明没药等别称。为橄榄科植物地丁树或哈地丁树的干燥树脂。主产于非洲索马里、埃塞俄比亚以及印度等地。采集由树皮裂缝处渗出的白色油胶树脂，于空气中变成红棕色而坚硬的圆块。打碎后，炒至焦黑色应用。主治胸腹瘀痛、痛经、经闭、症瘕、跌打损伤、痈肿疮疡、肠痈、目赤肿痛。没药对治疗伤口、皮肤炎效果很好，对支气管炎，咳嗽，细菌感染及鰴菌感染都有帮助。有活血止痛、消肿生肌等功效。在东方是一种活血、化瘀、止痛、健胃的中药。《北史》中即有记载，说是来自西域漕国。在西方，没药是一种据说有神奇疗效的药物。希伯来人将没药树枝制作成各种芳香剂、防腐剂和止痛。

羌活(学名：Notopterygium incisum Ting ex H.T.Chang)是伞形科、羌活属多年生草本植物，高可达120厘米，根茎粗壮，茎直立，圆柱形，带紫色。基生叶及茎下部叶有柄，叶片三出式三回羽状复叶，边缘缺刻状浅裂至羽状深裂；叶鞘膜质，长而抱茎。复伞形花序，侧生者常不育；总苞片线形，早落；小总苞片线形，花多数，萼齿卵状三角形，花瓣白色，卵形至长圆状卵形，花药黄色，椭圆形，花柱基平压稍***。分生果长圆状，7月开花，8-9月结果。分布于中国陕西、四川、甘肃、青海、西藏。生长于海拔2000-4000米的林缘及灌丛内。该种根茎和根药用，性温，祛寒湿，用于外感风寒、头痛无汗、寒湿痹、上肢风湿疼

这些中药在中药理论中都具有阵痛，活血等主要作用，可用于医疗保健作用。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明将使用碳材料替代原有导电水凝胶中的导电成分，并利用碳材料将载药体系引入水凝胶中，在增强水凝胶力学强度、导电性能的同时，使水凝胶在电刺激治疗工程中缓释药物，实现镇痛等功能化医疗应用。该方法利用石墨烯较大的比表面积和优异的导电性能成功制备导电载药体系，并通过电刺激实现药物的缓释作用，同时将该材料加入到水凝胶的成型过程中，得到了具有阵痛等保健作用的水凝胶电极片，在电刺激作用下，聚多巴胺分解，促使其结合的中药成分均匀分散入水凝胶中，通过水凝胶均匀、缓释进入人体内，发挥长效药效作用。使用多巴胺还原GO与中药复合体系，多巴胺在还原石墨烯的过程中聚合形成聚多巴胺，同样具有一定药理作用，有利于该种电极材料在医疗领域的应用。本发明采用方法操作简单易行、成本低、有利于大规模生产的进行。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法依次如下：

首先，进行氧化石墨烯的制备：

a)称取10g石墨粉，50g高锰酸钾，量取230ml浓硫酸；

b)低温反应：

将称取的10g石墨粉和量取的230ml浓硫酸到入烧杯中，放在具有冰浴的磁力搅拌机上搅拌。然后再逐步少量的加入所称取的高锰酸钾，在2h内均匀地加完50g高锰酸钾，得到混合溶液。

c)中温反应：

将所得的混合溶液放置在35℃的恒温水浴锅里搅拌进一步氧化0.5h，0.5h后取出烧杯放置在磁力搅拌机上搅拌24h。

d)高温反应：

设置恒温水浴锅加热到85℃后恒温；在恒温水浴锅初始加温时，将所得的混合溶液放在水浴锅里，并逐步加入蒸馏水搅拌至1000ml，待水浴锅水温达到85℃后恒温反应0.5h。

e)待高温反应后将所得的溶液进行两次过滤，得到泥块状物体；把泥块状物体放入烧杯中加入蒸馏水至1000ml，得到均匀悬浮的溶液。

f)将得到的悬浮溶液在4000n/min离心机里进行10min的离心，重复此操作离心两次，得到氧化石墨烯(命名为GO)浓度为1g/ml的悬浮溶液。

其次，利用多巴胺还原GO并对其进行表面改性：

a)多巴胺预聚：将多巴胺(DA)粉末溶解在碱性溶液中(pH＝11)并在80℃下搅拌20min，使多巴胺在碱性、空气气氛中自聚形成聚多巴胺(PDA)。

b)聚多巴胺(PDA)还原GO：将制备好的氧化石墨烯悬浮溶液加入步骤制备好的的PDA溶液中，形成混合液，搅拌使PDA与GO反应。当反应时间为20min时，GO被完全还原为还原氧化石墨烯，记为rGO。这时就得到了石墨烯载药体系。

然后，多巴胺修饰的rGO与中药成分复合：

将浓度为5mg/ml的还原氧化石墨烯水溶液溶液与中药粉末混合均匀后，在35℃温度条件下恒温反应1h。

最后，导电rGO载药缓释电极材料。

将5ml水凝胶与浓度为5mg/ml的200ml载药还原氧化石墨烯水溶液进行混合，得到一种导电rGO载药缓释水凝胶电极材料。

实施例2

将实施例1制备的导电rGO载药缓释水凝胶电极材料用于髋关节，膝关节，肩关节，肘关节，踝关节，腕关节，颞下颌关节、髋关节，膝关节，肩关节，肘关节，踝关节，腕关节，颞下颌关节等关节病，效果用表征长时间镇痛、消炎。

首先，石墨烯是一种具有优异导热性能的材料，该材料作用于人体时，会将由于电阻产生的热量完全作用于载药成分和皮肤界面。在中医理论中，热可以疏通经脉，促进血液流动，促进皮肤对药物的吸收，温养病痛部位。其次，改性电极材料中药成分被石墨烯及多巴胺包裹，在电热做用下，多巴胺缓慢分解，并释放中药成分，实现中药成分的缓释。最后，水凝胶是具有极好的生物相容性材料，对皮肤具有自粘性，可以直接贴在皮肤上，增强电极材料的舒适性。且固态水凝胶将中药成分完全包裹在电极材料中，延长载药材料使用时间。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1，将经聚多巴胺还原后的导电还原氧化石墨烯与中药混合后，在35℃温度条件下恒温处理一定时间获得载药还原氧化石墨烯；

步骤2，将所述载药还原氧化石墨烯和水凝胶混合后获得导电还原氧化石墨烯载药缓释水凝胶电极材料。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述导电氧化石墨烯的制备方法具体步骤为：

步骤A，低温反应：将称取的石墨粉和量取的浓硫酸加入容器中，且将容器置于冰浴条件下对容器内溶液进行连续搅拌至均匀；然后继续在搅拌条件下逐步加入所称取的高锰酸钾，得到混合溶液；

步骤B，中温反应：将所得的混合溶液所在容器置于35℃恒温水浴锅里搅拌进一步氧化后，取出容器进行持续搅拌设定时间；

步骤C，高温反应：设置恒温水浴加热到85℃后恒温；在恒温水浴初始加温时，将所得的混合溶液所在容器置于水浴环境中，并逐步加入蒸馏水搅拌，待水浴水温达到85℃后恒温继续反应设定时间；

步骤D，待高温反应后将所得的溶液进行过滤，得到泥块状物体；把泥块状物体放入烧杯中加入蒸馏水得到均匀悬浮的溶液；

步骤E，将得到的悬浮溶液在经离心得到导电氧化石墨烯的悬浮溶液。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨粉、高锰酸钾和浓硫酸质量配比为1:5:6.5。

4.根据权利要求2所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，将容器置于具有冰浴的磁力搅拌机上进行搅拌操作，且以25g/h的加料速度逐步加入高锰酸钾；

所述步骤B中，混合溶液所在容器置于35℃恒温水浴锅里搅拌进一步氧化0.5h后，取出容器进行持续搅拌24h；

所述步骤C中，待水浴水温达到85℃后恒温继续反应0.5h。

5.根据权利要求2所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤E中，经离心后获得导电氧化石墨烯浓度为1g/ml的悬浮溶液。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺的制备方法为：将多巴胺粉末溶解在pH＝11的碱性溶液中并在80℃下搅拌20min，使多巴胺在碱性、空气气氛中自聚形成聚多巴胺溶液。

7.根据权利要求6所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺还原导电还原氧化石墨烯的方法为：将导电氧化石墨烯悬浮液加入制备的聚多巴胺溶液中，形成混合液，搅拌使聚多巴胺与氧化石墨烯反应，当反应时间为20min后，导电氧化石墨烯被完全还原为还原氧化石墨烯。

8.根据权利要求1所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中：将浓度为5mg/ml的还原氧化石墨烯水溶液溶液与中药粉末混合均匀后，在35℃温度条件下恒温反应1h。

9.根据权利要求1所述的一种石墨烯载药缓释电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将水凝胶与浓度为5mg/ml的载药还原氧化石墨烯水溶液进行混合，且水凝胶与载药还原氧化石墨烯水溶液的体积比为25:1。

10.基于权利要求1至9任一项所述的制备方法获得的石墨烯载药缓释电极材料在医疗领域的应用。