用丝蛋白纳米纤维剥离制备石墨烯及其性能研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lizhaoxin1983
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在众多制备石墨烯的方法中,超声辅助液相剥离(SLPE)的方法由于易于处理、简单高效而被广泛使用。为了实现石墨烯在生物领域的最大应用潜力,以生物分子作为稳定剂液相剥离石墨制备生物相容性好的石墨烯分散体系成为研究的热点。大量的生物分子如蛋白质、多肽、多糖及DNA等已被用于制备石墨烯分散体系。蚕丝蛋白作为一种天然蛋白质,具有生物相容性好,纳米结构可控以及具有大量的活性基团等优点,但由于在溶液状态结构不稳定,超声过程中易于发生凝胶,一直难以用作液相制备石墨烯的稳定剂。可控组装过程制备的丝素蛋白纳米纤维含有大量β折叠结构,结构稳定且疏水性高,而且纳米纤维的制备过程具有绿色无毒等优点,基于此,我们考虑用纳米纤维作为液相剥离石墨烯的稳定剂。  在本研究中,我们首先制备不同浓度的纳米纤维溶液:0.3%、0.5%、1%、1.5%、2%;然后分别用这些不同浓度的纳米纤维溶液与相同质量的石墨在相同条件下进行超声处理,并对得到的产物进行紫外-可见光谱表征以确定最佳制备石墨烯的纳米纤维溶液浓度,为0.5%。随后研究了初始石墨浓度、超声时间及离心转速对石墨烯浓度的影响。通过反复高速离心-溶解的方法去除石墨烯溶液中的纳米纤维,并对经过不同处理的石墨烯进行了一系列表征。紫外-可见光谱(UV-vis)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等测试结果证明石墨烯分散液中的纳米纤维被有效去除,且TEM的统计结果表明绝大多数石墨烯的片层尺寸为0.2-0.5μm。红外光谱(FTIR)测试结果揭示了石墨烯与纳米纤维之间的微弱的作用力,提供了高速离心去除纳米纤维的依据;拉曼结果证明我们制备的石墨烯具有低缺陷低厚度等优点;另外,通过对静置不同时间的石墨烯溶液进行紫外-可见光谱表征,结果显示溶液具有很好的分散稳定性,可稳定保持4周以上;且溶液碱性越高,其电负性越高,分散稳定性也越好;而且纯的石墨烯可再分散到纳米纤维溶液中并保持良好的稳定性,证明材料具有很好的可逆分散性,便于材料的存储与利用。最后,细胞实验证明这种石墨烯材料具有很好的生物相容性。  综上可知,本研究用丝蛋白纳米纤维作为稳定剂成功剥离制备石墨烯溶液;对其进行系统的性能表征,结果显示材料具有缺陷低、稳定性好及生物相容性好等优点。本研究结果进一步促进石墨烯材料在生物医学领域的应用。
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