GO作為新型的二維結(jié)構(gòu)的納米材料,具有疏水性中間片層與親水性邊緣結(jié)構(gòu),特殊的結(jié)構(gòu)決定其優(yōu)異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制:(1)機械破壞,包括物理穿刺或者切割;(2)氧化應(yīng)激引發(fā)的細(xì)菌/膜物質(zhì)破壞;(3)包覆導(dǎo)致的跨膜運輸阻滯和(或)細(xì)菌生長阻遏;(4)磷脂分子抽提理論。GO作用于細(xì)菌膜表面的殺菌機制中,主要是GO與起始分子反應(yīng)(Molecular Initiating Events,MIEs)[51]的作用(圖7.3),包括GO表面活性引發(fā)的磷脂過氧化,GO片層結(jié)構(gòu)對細(xì)菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取,GO表面催化引發(fā)的活性自由基等。另外,GO的尺寸在上述不同的***機制中對***的影響也是不同的,機械破壞和磷脂分子抽提理論表明尺寸越大的GO, 能表現(xiàn)出更好的***能力,而氧化應(yīng)激理論則認(rèn)為GO 尺寸越小,其***效果越好。石墨烯微片的缺陷有時使其無法滿足某些復(fù)合材料在抗靜電或?qū)щ姟⒏魺峄驅(qū)岬确矫娴奶厥庖?。官能化氧化石墨粉體
由于較低的毒性和良好的生物相容性,石墨烯材料在細(xì)胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì),或者經(jīng)過熒光染料分子標(biāo)記之后,可用于體外細(xì)胞與***光學(xué)成像[63-66],使其在**顯像和***方面具有很大的應(yīng)用前景。Dai 課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發(fā)光性質(zhì)用于細(xì)胞成像。他們將抗體利妥昔單抗(anti-CD20)與納米GO-PEG 共價結(jié)合形成納米GO-PEG-anti-CD20,然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細(xì)胞或T細(xì)胞在培養(yǎng)液中4℃培養(yǎng)1h,培養(yǎng)液中納米GO-PEG的濃度大約為0.7mg/ml,結(jié)果發(fā)現(xiàn)B細(xì)胞淋巴瘤具有強熒光,而T淋巴母細(xì)胞的熒光強度則很弱。另外,通過對GO進行80℃熱處理17天后,再利用200W的超聲對GO溶液處理2h,得到的GO在紫外光 (266–340 nm)的照射下顯示出藍色熒光。合成氧化石墨納米材料通過調(diào)控氧化石墨烯的結(jié)構(gòu),降低氧化程度,降低難分解的芳香族官能團。
解決GO在不同介質(zhì)中的解理和分散等問題是實現(xiàn)GO廣泛應(yīng)用的重要前提。此外,不同的應(yīng)用體系往往要不同的功能體現(xiàn)和界面結(jié)合等特征,故而要經(jīng)常對GO表面進行修飾改性。GO本身含有豐富的含氧官能團,也可在GO表面引入其他功能基團,或者利用GO之間和GO與其它物質(zhì)間的共價鍵或非共價鍵作用進行化學(xué)反應(yīng)接枝其他官能團。由于GO結(jié)構(gòu)的不確定性,以上均屬于一大類復(fù)雜的GO化學(xué),導(dǎo)致采用化學(xué)方式對GO進行修飾與改性機理復(fù)雜化,很難得到結(jié)構(gòu)單一的產(chǎn)品。盡管面臨諸多難以解釋清楚的問題,但是對GO復(fù)合材料優(yōu)異性能的期望使得非常必要總結(jié)對GO進行修飾改性的常用方法和技術(shù),同時也是氧化石墨烯相關(guān)材料應(yīng)用能否實現(xiàn)穩(wěn)定、可控規(guī)?;瘧?yīng)用的關(guān)鍵。
氧化石墨烯因獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)受到了人們的***關(guān)注,其生物相容性的研究已經(jīng)積累了一定的研究基礎(chǔ),但氧化石墨烯在實際應(yīng)用中仍然面臨很多困難和挑戰(zhàn)。首先,氧化石墨烯制備方法的多樣性和生物系統(tǒng)的復(fù)雜性,會***影響其在體內(nèi)外的生物相容性,導(dǎo)致研究結(jié)果的不一致,因此氧化石墨烯的生物相容性問題不能簡單歸納得出結(jié)論,需要綜合多方面的因素進行深入研究。其次,氧化石墨烯的***活性又取決于時間和本身的濃度,其***機理需要進一步的研究。***,氧化石墨烯對機體的長期毒性以及氧化石墨烯進入細(xì)胞的機制、與細(xì)胞之間相互作用的機理、細(xì)胞/體內(nèi)代謝途徑等尚不清晰。這些問題關(guān)乎氧化石墨烯在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中的安全問題和環(huán)境風(fēng)險評價,需要研究者們不斷地研究和探索。修復(fù)石墨烯片層上的缺陷,可以提高石墨烯微片的碳含量和在導(dǎo)電、導(dǎo)熱等方面的性能。
目前醫(yī)學(xué)界面臨的一個棘手的難題是對大面積骨組織缺損的修復(fù)。其中,干細(xì)胞***可能是一種很有前途的解決方案,但是在干細(xì)胞的移植過程中,需要可促進和增強細(xì)胞成活、附著、遷移和分化并有著良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯(GO)具有良好的生物相容性及較低的細(xì)胞毒性,可促進成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSC)的增殖和分化[82],同時GO還可以促進多種干細(xì)胞的附著和生長,增強其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨組織再生領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注,成為組織工程研究中一種很有潛力的支架材料。GO不僅可以單獨作為干細(xì)胞的載體材料,還可以加入到現(xiàn)有的支架材料中,GO不僅可以加強支架材料的生物活性,同時還可以改善支架材料的空隙結(jié)構(gòu)和機械性能,包括抗壓強度和抗曲強度。GO表面積及粗糙度較大,適合MSC的附著和增殖,從而可促進間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化,而這種作用程度與支架中加入GO的比例成正比。石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成方法不同,因此導(dǎo)致所合成出來的GO片的大小有差異。改性氧化石墨圖片
石墨烯以優(yōu)異的聲、光、熱、電、力等性質(zhì)成為各新型材料領(lǐng)域追求的目標(biāo)。官能化氧化石墨粉體
隨著材料領(lǐng)域的擴張,人們對于材料的功能性需求更為嚴(yán)苛,迫切需要在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域應(yīng)用性質(zhì)更加優(yōu)良的材料出現(xiàn),石墨烯以優(yōu)異的聲、光、熱、電、力等性質(zhì)成為各新型材料領(lǐng)域追求的目標(biāo),作為前驅(qū)體的GO以其靈活的物理化學(xué)性質(zhì)、可規(guī)模化制備的特點更成為應(yīng)用基礎(chǔ)研究的熱電。雖然GO具有諸多特性,但是由于范德華作用以及π-π作用等強相互作用力,使GO之間很容易在不同體系中發(fā)生團聚,其在納米尺度上表現(xiàn)的優(yōu)異性能隨著GO片層的聚集***的降低直至消失,極大地阻礙了GO的進一步應(yīng)用。官能化氧化石墨粉體