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石墨烯及其衍生物的毒性研究最新进展

关键词 石墨烯 , 医疗 , 毒性研究|2018-08-09 09:45:50|来源 烯碳资讯
摘要 石墨烯具有高比表面积、优异的电学性能、力学性能、热性能、光学性能,被公认为是一种未来的“革命性材料”。近年来,材料、能源、环境、生物医药等领域的专家对石墨烯及其衍生物进行了广泛的研...

        石墨烯具有高比表面积、优异的电学性能、力学性能、热性能、光学性能,被公认为是一种未来的“革命性材料”。近年来,材料、能源、环境、生物医药等领域的专家对石墨烯及其衍生物进行了广泛的研究,取得了很多有价值的成果。在生物医药领域,石墨烯及其衍生物的应用集中在生物安全性、纳米载药体系、基因治疗、生物监测、生物成像和诊断等方向。

        石墨烯在医疗领域的应用:石墨烯及其衍生物的生物安全性研究

        由于制备工艺不同,石墨烯与其衍生物材料(氧化石墨烯GO等)的物理化学性质(如尺寸大小、结构形状、表面化学状态等)不尽相同,因此其与生物分子、细胞、组织和器官等相互作用方式多种多样。目前大量研究表明石墨烯是一种生物相容性良好的碳纳米材料。

        石墨烯及其衍生物的动物毒性

        石墨烯及其衍生物的细胞毒性具有尺寸和浓度依赖性(GO的毒性还与其氧化程度相关),在一定浓度范围内通常表现为良好的生物相容性。当石墨烯浓度超出一定限度时,则会对细胞产生一些不良反应(如细胞膜损伤、细胞活性降低等);此外石墨烯及GO还有一定的溶血活性。值得庆幸的是经过聚乙二醇、壳聚糖、蛋白等修饰能够有效地降低较高浓度下石墨烯材料的细胞毒性、溶血性。

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        石墨烯及其衍生物的细胞毒性

        单纯的石墨烯与其衍生物能在哺乳动物肺部富集并且能够存在较长时间,导致肺部水肿和肉芽肿瘤的形成,诱发肺部损伤。不过研究表明该损伤可以经过药物治疗缓解,并且石墨烯基材料经聚乙二醇、葡聚糖、壳聚糖等聚合物修饰可显著降低其体内毒性。有研究表明,生物体内存在的辣根过氧化物酶、人髓过氧化物酶等酶分子会引发石墨烯材料的降解,很大程度上降低石墨烯材料的生物毒性尤其是长期生物毒性,使其更为安全有效地应用于生物医用领域。

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        石墨烯及其衍生物的微生物毒性

        与细胞或动物中表现的良好的生物相容性不同,石墨烯与微生物作用中表现出优异的抗菌性能。石墨烯抗菌性可能源于其片层结构具有较坚硬的边缘,刀片状的结构会对细菌细胞膜产生机械性损伤。另外Tu等人认为石墨烯还可以直接将细胞膜上磷脂分子大规模直接抽取, 破坏细胞膜从而杀死细菌。石墨烯杀死病菌的方式与传统抗生素相差较大,使用石墨烯杀菌可以减弱使用抗生素产生“超级细菌”的威胁。并且使用这种方式消毒的物品,在反复使用的过程中,也不会在人体残留,这样对人体的危害大大减轻。对于免疫功能下降的患者来说,具有重大意义。

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        石墨烯及其衍生物优良的生物相容性与抗菌性能使其在生物医药方面具有潜在的应用价值。经过多年的研究,石墨烯的生物安全性研究已积累了一定的基础,但由于石墨烯及其衍生物的多样性以及生物系统的多样性,在石墨烯未来的应用研究中还需要综合各方面因素进行深入研究。

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