生物医药领域的应用

 

　　01

 

　　生物传感器

 

　　石墨烯材料是应用于下一代生物传感器最具发展潜力的材料之一，因其具有较大的比表面积，良好的导电、导热性能而备受关注。在生物体内，石墨烯及其衍生物具有良好的水分散性、生物相容性及对特定生物分子的亲和性，通过对石墨烯表面特定分子的修饰，既可以实现电子的快速传递，又可以对生物分子进行选择性检测。

 

　　02

 

　　药物载体

 

　　纳米药物载体具有药物负载量高、靶向运输和控制释放等优点，在生物医学领域应用前景广泛 ， 氧化石墨烯作为单层的氧化石墨，平面上富含的羧基、羟基、环氧基等官能团可改善氧化石墨烯的分散性和亲水性，研究发现，化学药物，ＤＮＡ ，ＲＮＡ 等均能通过 π－π 共轭、静电作用等非共价键作用，有效地固定在氧化石墨烯上，从而实现高效运载药物的功能，包括负载小分子药物和基因药物等。

 

　　03

 

　　光线疗法

 

　　在非药物治疗法中，利用各种光线来防治人类的各种疾病已经普遍地在临床中使用。光线疗法包括光动力疗法（ＰＤＴ ）和光热疗法（ ＰＴＴ ），可通过特定的光辐射摧毁肿瘤细胞，克服化疗和放疗对正常细胞和器官产生的毒副作用。其中，ＰＤＴ是利用光敏剂在光照射下产生的活性氧杀死肿瘤细胞；而ＰＴＴ是利用其经激光照射发生光热转化而产生的超高热致肿瘤细胞热损伤并凋亡。一方面，石墨烯衍生物生物相容性好，且毒性较低，可以作为光敏剂的载体；另一方面，石墨烯衍生物在近红外区存在光吸收性，具有光热效应，可以作为光线疗法的辅助。因此，石墨烯衍生物在光线疗法治疗肿瘤领域具有极高的应用价值。

 

　　石墨烯及衍生物用于化学-光动力联合治

 

　　04

 

　　生物成像

 

　　生物成像作为一种临床诊断技术，要求其核心部分荧光探针在缓冲液、细胞培养液或体液中有良好的溶解性、光稳定性和特异性。传统的生物荧光探针含有重金属元素，在体内通过生物降解或光降解可释放出重金属离子从而产生毒性 ，而氧化石墨烯具有大量含氧官能团，易于功能化修饰，其衍生物还具有负载荧光分子的能力，作为荧光探针具有稳定的光致发光、良好的水溶性和生物相容性，应用于以生物成像为基础的癌症诊断及定位领域前景广阔。

 

　　癌症细胞成像的适配体结合GO双光子荧光

 

　　05

 

　　组织工程材料

 

　　组织工程材料是组织再生的支架与模板，目前在组织工程研究中常用的聚合物材料，包括源自于生物体的天然生物材料和人工合成的高分子生物材料等。近年来，石墨烯材料已被成功地用于创伤愈合、再生医学、干细胞工程及组织工程学中。支架材料的表面性质可调节细胞黏附和分化行为，石墨烯具有的高弹性、高强度和灵活性等优良特性，使其非常适用于组织工程支架，能够显著地增强现有支架材料的生物相容性，并促进干细胞的黏附、增殖及分化 。石墨烯材料能够促进骨髓间充质干细胞向成骨方向分化，同时具有良好的导电性，可被应用于促进干细胞向心肌方向分化与心肌细胞增殖的支架材料中。由于碳纳米管的几何结构与人心脏组织细胞外基质的结构相似度高，将碳纳米管与聚乳酸 － 羟基乙酸（ＰＬＧＡ ）材料结合，探究该支架对心肌细胞的影响，结果表明，结合了碳纳米管支架的心肌细胞的密度是没有结合支架的 ５ 倍，说明该支架可以有效促进心肌细胞的增殖。

 

　　寄予希望

 

　　石墨烯及其衍生物特殊的结构、优异的性能为疾病诊断及临床用药提供新的可能，在生物医药方面具有很大的应用前景，为推动生物医药行业的发展起到了极为重要的作用。