石墨烯在生物医学中的应用

张勇力 吴月妍 陈素珍 章 燕

（1.上海雍黎投资管理有限公司生产部，上海 200336；2.上海雍黎投资管理有限公司技术部，上海 200336）

从基本特征来讲，石墨烯构成了纳米形态的新型生物材料，其中包含蜂窝网状的单原子厚度特殊结构。从生物医学的视角来看，针对生物医学如果能够因地制宜运用石墨烯作为其中必要的材料，那么有助于全面提升生产实效性，对于此类新型材料应当着眼于全方位的推广[1-3]。

1 石墨烯材料具备的基本特征

石墨烯本身属于新型的纳米材料，此类材料呈现网状的蜂窝二维结构，其厚度相当于单一的石墨原子。截至目前，石墨烯被视为具备最高强度与最小厚度的优质纳米材料[4]。与此同时，石墨烯构成了芳香族的特殊材质，此类材料由于具备优良的化学稳定性以及热稳定性，因而近些年以来正在被全面运用于医学领域、生物制药领域与其他相关领域。在室温状态下，石墨烯将会表现为优良的电子迁移特征[5]。

石墨烯除了体现为上述的典型特征以外，其本身还具备优良的官能化特征。在现阶段的生物医学角度来讲，技术人员运用此类材料应当能够完成基因递送、生物传感器制作、癌细胞显影以及其他有关操作[6]。另外石墨烯材料在心血管预防和治疗、人工智能以及医疗器械结合、改善人体生物钟和深度睡眠中也在不断探索中，一些领域也取得了丰硕的成果。由此可见，石墨烯由于体现为良好的导电性与机械强度，因此能够灵活适用于现阶段的生物制药领域，在此前提下全面突显了石墨烯材料服务于生物医学的重要价值。

2 具体的生物医学运用

2.1 关于基因传递与药物制造

作为复合物的石墨烯拥有特殊的基因载体，其能够承载多种智能基因。因此可见，石墨烯在目前阶段已经能够用来治疗某些特殊的基因疾病。例如针对黑色素瘤而言，如果能够凭借靶向治疗或者免疫治疗的方式对其予以相应处理，那么有助于全面消除潜在性的癌变隐患。从现状来看，有关部门正在尝试运用此类材料来实现某些特殊性较强的制药处理，从而显著提升了人类针对乳腺癌等严重病症的治愈概率[7]。

2.2 关于抗菌领域的运用

石墨烯具备优良的抗菌效果，这是由于其能够用来阻止形成腐蚀性的菌类或者微生物。因此针对医学领域的某些外科设备而言，运用石墨烯可以全面完成针对微生物表层涂层的制作。除此以外，石墨烯还可以全面灭杀某些菌类，或者显著减低了菌类活性[8]。具体在涉及到机械损伤的全面修复过程中，运用石墨烯有助于全面防控细菌感染，因此体现为优良的抗菌性作用。例如针对大肠杆菌而言，石墨烯可以灭杀超出90%的此类细菌[9]。尤其是对格兰氏阴性菌大肠杆菌（E.coli）和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（S.aureus）均由极好的抗菌效果，且石墨烯材料是通过将细胞膜破坏来达到抑菌的作用。也有研究对比了不同类似的石墨烯抗菌的效果，譬如石墨、氧化石墨、氧化石墨烯以及还原氧化石墨烯，结果发现氧化石墨烯其抑菌效果最为明显。

2.3 关于修复骨组织与人体神经

之前壳聚糖经常作为生物材料，用于引导和促进骨组织的形成，但是其机械强度过大，受到了极大的限制，因此需要寻求机械强度小的材料。纳米级别的石墨烯以及其衍生物具有高弹性、柔软、可塑性等生物相容性，因此其在修复骨组织以及人体神经中的研究取得了较多的进展。运用石墨烯制成的三维支架可以显著促进干细胞增殖，对于某些损坏后的神经细胞也能够予以全方位的修复。相比于聚苯乙烯等传统材料而言，石墨烯能够显著增大细胞轴突的平均长度。对于小鼠体内的海马细胞来讲，石墨烯对其也可以予以全方位的细胞修复[10]。因此近些年来，技术人员针对石墨烯材料已经能够用来全面修复人体内部的神经系统或者骨组织系统。在当前阶段的生物医学有关研究中，关键在于石墨烯全面支撑骨细胞，并且实现骨组织的再生。目前石墨烯在组织工程中的应用尚处于起步阶段，尤其是在生物学评价、不可降解以及体内的毒副作用需要进一步的深入的研究，相信在不就的将来，其在组织工程中的应用会有质的飞跃。

2.4 石墨烯在细胞和肿瘤光动力治疗中的应用

纳米级别的石墨烯不仅可以作用于细胞进行成像，还能作用于肿瘤进行靶向成像，有学者通过纳米石墨烯作为肿瘤靶向的载体，成功的采用计算机断层显像技术评估了药代动力学和肿瘤的靶向治疗效果，且将单克隆抗体标记在靶向药物上，提高了治疗的效果。目前光动力治疗是癌症物理的常用疗法，因为其低毒性，并且生理条件下稳定，通过光热发将细胞中的线粒体膜去极化、DNA破碎，而石墨烯刚好可以在近红外光区吸收能量，能够对组织进行热消融，从而高效的杀死肿瘤组织。

3 结束语

在目前阶段中，石墨烯材质正在被广泛适用于多种多样的领域，例如电子机械领域、光学领域与医学领域等。石墨烯拥有具备平面性的碳原子二维结构，因此在客观上增强了此类新型材料能够达到的适用性。因此在生物医学领域的有关实践中，技术人员针对石墨烯的特殊材质还需着眼于全面进行探究，从而显著扩大当前现有的新型材料运用领域，目前上海雍黎公司的技术人员针对石墨烯的特殊材质还需着眼于全面进行探究。