关键词：石墨烯材料；生物医学领域；生物成像
前言：在石墨烯之中，碳原子之间的连接十分紧密且柔韧，当有外部机械力施加时，碳原子的内部会发生一定的变形情况，最终令碳原子不需要重新排列也能对外力进行适应，为内部的结构稳定提供基础条件。作为一种单层的石墨，石墨烯呈现出碳六元环蜂窝状点阵结构，这种结构可翘曲成富勒烯，也能卷成碳纳米管，可在生物医学领域中得到较好应用。
1.石墨烯类材料的制备方式
1.1石墨烯的制备
在石墨烯制作过程中，主要的制作方法包括机械劈裂法、晶体生长法、化学气相沉积法以及氧化还原法等。随着技术的不断发展，一些新的石墨烯制作方式被研发出来，如等离子体生长技术等。在上述所有石墨烯制备过程中，化学法制备过程相对简单，而且能源消耗量很低，受到了相关领域研究人员的高度青睐。在利用化学法制备石墨烯时，利用氧化石墨、微粒石墨等作为石墨的主要来源，在此过程中，氧化石墨具有较多的含氧官能团，很多行为具有不可逆特性，对石墨烯的电学性能造成很大影响，而在微粒石墨作为石墨源进行使用时，具有缺陷少、导电率良好等特点，经常被用于石墨烯制备过程中。
另外，利用石墨烯制作的材料极，可用于纳米器件的制作。在在很多传统制作方式中，所制备出来的石墨烯往往处在微米尺寸的范围内。为了确保石墨烯在纳米器材中得到应用，需要采取更好的措施将石墨烯层切割成纳米器材所要求的形态，在尺寸要求上必须达到纳米级别。在研究过程中，Pan等人发明了一种热液方式，这种方式可以将预氧化的石墨进行合理切割，使其溶解成很细的量子点，在此过程中，研究人员还发现了蓝光现象，这也说明以石墨烯为基础的应用材料可扩散到更多领域中，如光电子学等[1]。
1.2石墨烯基复合材料的制备
在应用过程中，薄层石墨烯具有很大的应用潜力，在加上制作成本低廉，在复合材料的制作上也提升了石墨烯的应用地位。人们发现，如果能将石墨烯与无机物、聚合物等复合在一起，便可以促使石墨烯复合材料的形成。由于石墨烯的特殊性能，石墨烯复合材料的功能也受到了很多期待。很多研究学者证实，如果在还原态的石墨烯片上加入高温的乙酰丙酮铁，并可以得到处于还原状态的石墨烯。如此一来，石墨烯便可以通过表面电荷密度和颗粒尺寸的控制，对复合材料的磁性进行合理调节，这种性质促使石墨烯复合材料在蛋白质分离等方面得到重要应用。截止到目前，常见的石墨烯基复合材料制备方式主要有：化学耦合法、萃取分散法、还原反应等。
从目前发展过程来看，石墨烯复合材料的制备是相关领域中研究的热点话题之一，虽然石墨烯本身具有良好的特殊性能，但在实际应用过程中，性能效果并没有完全表达出来，很多研究人员都希望利用石墨烯的复合方式，实现石墨烯在更多领域之中得到应用。
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2.石墨烯类材料在生物医学领域的应用
2.1生物成像
石墨烯具有较强的相容性，便于各个细胞之间进行黏附。再加上化学性能和光学特点，石墨烯成为了较高的生物成像材料。据相关文献记载，荧光素可以通过PEG与GO表面相连接，可产生能够调节PH值的荧光信号，同时进一步提升了石墨烯的生物相容性，在石墨烯与荧光素直接相连时，被氧化的石墨烯可引起荧光出现淬灭现象，但由于中间体PEG的连接作用，可以将这种淬灭现象有效避免。在石墨烯与荧光素结合使用过程中，可提升荧光素对肿瘤细胞的通透性，从而提升细胞对荧光素的吸附能力。在能量较低的红外光作用之下，低剂量的GO具有较强的肿瘤细胞处理能力。但如果对石墨烯进行单独荧光成像，荧光素自身的淬灭现象将会对最终观测效果产生严重影响。Park等人在研究过程中将盐酸多巴胺与石墨烯表面相结合，之后再与透明质酸分子相互结合，最终将质酸分子带到肿瘤细胞的表面。通过显微镜成像发现，肿瘤细胞的受体上出现了很强的荧光现象。同时将阿霉素利用细胞键与石墨烯量子点结合，从而确定抗癌药物最终是都到达癌细胞附近。
2.2肿瘤治疗
目前，人类肿瘤发病率已经超过了心血管疾病，成为人类致死的罪魁祸首，对人们生命和健康产生了严重威胁。在肿瘤治疗过程中，研究人员期待用最小的药物剂量、最小的伤口创伤将肿瘤细胞杀死，同时不对人们机体中的其他细胞产生破坏。石墨烯在使用过程中可以吸附700到1000mm内的红外光，之后产生出大量热，从而实现肿瘤细胞的有效切除。这种治疗方式被人们称为光热治疗法，该治疗机制主要包括氧集团的产生、相关酶的激活、DNA片段撕破以及线粒体膜去极。在多种治疗因素的相互配合下，能够帮助石墨烯通过光热治疗效应将肿瘤细胞彻底杀死，为人们机体健康提供有利条件[2]。
2.3抗菌材料
除了生物成像和肿瘤治疗之外，石墨烯还可以应用到抗菌材料的制作过程中。Fan等人利用石墨烯水溶液的抽滤过程，制作出了石墨烯纸，该纸在使用时可降低大肠杆菌的生长速率。Chen等人将还原石墨、氧化石墨之间的抗菌效果进行有效对比，通过实验发现，氧化石墨在细菌抵抗过程中展示出的效果最差，而还原石墨的效果要比石墨的效果更佳。在抗菌机制的研究过程中，这几种物质均可以作为氧化细菌细胞膜的电子介质，从而为抗菌材料的制备提供有效基础。
2.4细胞毒性
一种材料是都能够被应用到医学领域中，主要的衡量标准是该材料是否能读生物细胞产生伤害。因此，相关研究人员开展了大量研究，印证石墨烯是否具有毒性。Zhang等人将1mg/kg石墨烯注入到小白鼠体内，经过14天的观察，小白鼠机体未出现炎症反应，但当研究人员提高石墨烯的注射量时，小白鼠的肺部出现了明显水肿和炎症等现象，而且在机体局部位置出现了肉芽病变和组织的纤维化发展。经过一系列研究发现，由于石墨烯的种类不同，对细胞产生的影响也不同，石墨烯的毒性需要各种因素的诱导，才能对生物细胞产生不同程度的影响。在使用石墨烯时，研究人员需要对各种因素进行合理评估，在最大程度上降低毒性。
总结：综上所述，石墨烯在生物医学领域中得到了一定的应用，但我国相关技术研究仍处于起步阶段，研究过程缺乏系统化理论支撑，想要在实际领域中得到深入应用十分困难。在石墨烯材料使用过程中，需要以细胞和生命体整体层次为主，对石墨烯和其衍生物进行系统化研究，确定石墨烯在使用过程中的使用机制，从而为我国医疗事业提供帮助。
参考文献：
[1]王勇,周吉学,程开明. 石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺、组织与性能研究进展[J]. 材料导报,2017,31(S1):451-457+462.
[2]傅深娜,马利,甘孟瑜. 三维石墨烯及其复合材料的制备及在超级电容器中的研究进展[J]. 材料导报,2017,31(05):9-15.
论文作者:王煜聪
论文发表刊物:《科技中国》2017年12期
论文发表时间:2018/5/2
标签：石墨论文; 过程中论文; 细胞论文; 肿瘤论文; 材料论文; 复合材料论文; 荧光论文; 《科技中国》2017年12期论文;