石墨烯在生物醫學中的應用

張勇力 吳月妍 陳素珍 章 燕

（1.上海雍黎投資管理有限公司生產部，上海 200336；2.上海雍黎投資管理有限公司技術部，上海 200336）

從基本特征來講，石墨烯構成了納米形態的新型生物材料，其中包含蜂窩網狀的單原子厚度特殊結構。從生物醫學的視角來看，針對生物醫學如果能夠因地制宜運用石墨烯作為其中必要的材料，那么有助于全面提升生產實效性，對于此類新型材料應當著眼于全方位的推廣[1-3]。

1 石墨烯材料具備的基本特征

石墨烯本身屬于新型的納米材料，此類材料呈現網狀的蜂窩二維結構，其厚度相當于單一的石墨原子。截至目前，石墨烯被視為具備最高強度與最小厚度的優質納米材料[4]。與此同時，石墨烯構成了芳香族的特殊材質，此類材料由于具備優良的化學穩定性以及熱穩定性，因而近些年以來正在被全面運用于醫學領域、生物制藥領域與其他相關領域。在室溫狀態下，石墨烯將會表現為優良的電子遷移特征[5]。

石墨烯除了體現為上述的典型特征以外，其本身還具備優良的官能化特征。在現階段的生物醫學角度來講，技術人員運用此類材料應當能夠完成基因遞送、生物傳感器制作、癌細胞顯影以及其他有關操作[6]。另外石墨烯材料在心血管預防和治療、人工智能以及醫療器械結合、改善人體生物鐘和深度睡眠中也在不斷探索中，一些領域也取得了豐碩的成果。由此可見，石墨烯由于體現為良好的導電性與機械強度，因此能夠靈活適用于現階段的生物制藥領域，在此前提下全面突顯了石墨烯材料服務于生物醫學的重要價值。

2 具體的生物醫學運用

2.1 關于基因傳遞與藥物制造

作為復合物的石墨烯擁有特殊的基因載體，其能夠承載多種智能基因。因此可見，石墨烯在目前階段已經能夠用來治療某些特殊的基因疾病。例如針對黑色素瘤而言，如果能夠憑借靶向治療或者免疫治療的方式對其予以相應處理，那么有助于全面消除潛在性的癌變隱患。從現狀來看，有關部門正在嘗試運用此類材料來實現某些特殊性較強的制藥處理，從而顯著提升了人類針對乳腺癌等嚴重病癥的治愈概率[7]。

2.2 關于抗菌領域的運用

石墨烯具備優良的抗菌效果，這是由于其能夠用來阻止形成腐蝕性的菌類或者微生物。因此針對醫學領域的某些外科設備而言，運用石墨烯可以全面完成針對微生物表層涂層的制作。除此以外，石墨烯還可以全面滅殺某些菌類，或者顯著減低了菌類活性[8]。具體在涉及到機械損傷的全面修復過程中，運用石墨烯有助于全面防控細菌感染，因此體現為優良的抗菌性作用。例如針對大腸桿菌而言，石墨烯可以滅殺超出90%的此類細菌[9]。尤其是對格蘭氏陰性菌大腸桿菌（E.coli）和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌（S.aureus）均由極好的抗菌效果，且石墨烯材料是通過將細胞膜破壞來達到抑菌的作用。也有研究對比了不同類似的石墨烯抗菌的效果，譬如石墨、氧化石墨、氧化石墨烯以及還原氧化石墨烯，結果發現氧化石墨烯其抑菌效果最為明顯。

2.3 關于修復骨組織與人體神經

之前殼聚糖經常作為生物材料，用于引導和促進骨組織的形成，但是其機械強度過大，受到了極大的限制，因此需要尋求機械強度小的材料。納米級別的石墨烯以及其衍生物具有高彈性、柔軟、可塑性等生物相容性，因此其在修復骨組織以及人體神經中的研究取得了較多的進展。運用石墨烯制成的三維支架可以顯著促進干細胞增殖，對于某些損壞后的神經細胞也能夠予以全方位的修復。相比于聚苯乙烯等傳統材料而言，石墨烯能夠顯著增大細胞軸突的平均長度。對于小鼠體內的海馬細胞來講，石墨烯對其也可以予以全方位的細胞修復[10]。因此近些年來，技術人員針對石墨烯材料已經能夠用來全面修復人體內部的神經系統或者骨組織系統。在當前階段的生物醫學有關研究中，關鍵在于石墨烯全面支撐骨細胞，并且實現骨組織的再生。目前石墨烯在組織工程中的應用尚處于起步階段，尤其是在生物學評價、不可降解以及體內的毒副作用需要進一步的深入的研究，相信在不就的將來，其在組織工程中的應用會有質的飛躍。

2.4 石墨烯在細胞和腫瘤光動力治療中的應用

納米級別的石墨烯不僅可以作用于細胞進行成像，還能作用于腫瘤進行靶向成像，有學者通過納米石墨烯作為腫瘤靶向的載體，成功的采用計算機斷層顯像技術評估了藥代動力學和腫瘤的靶向治療效果，且將單克隆抗體標記在靶向藥物上，提高了治療的效果。目前光動力治療是癌癥物理的常用療法，因為其低毒性，并且生理條件下穩定，通過光熱發將細胞中的線粒體膜去極化、DNA破碎，而石墨烯剛好可以在近紅外光區吸收能量，能夠對組織進行熱消融，從而高效的殺死腫瘤組織。

3 結束語

在目前階段中，石墨烯材質正在被廣泛適用于多種多樣的領域，例如電子機械領域、光學領域與醫學領域等。石墨烯擁有具備平面性的碳原子二維結構，因此在客觀上增強了此類新型材料能夠達到的適用性。因此在生物醫學領域的有關實踐中，技術人員針對石墨烯的特殊材質還需著眼于全面進行探究，從而顯著擴大當前現有的新型材料運用領域，目前上海雍黎公司的技術人員針對石墨烯的特殊材質還需著眼于全面進行探究。