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在石墨烯之中，碳原子之間的連接十分緊密且柔韌，當有外部機械力施加時，碳原子的內部會發生一定的變形情況，最終令碳原子不需要重新排列也能對外力進行適應，為內部的結構穩定提供基礎條件。作為一種單層的石墨，石墨烯呈現出碳六元環蜂窩狀點陣結構，這種結構可翹曲成富勒烯，也能卷成碳納米管，可在生物醫學領域中得到較好應用。
1.1 石墨烯的制備
在石墨烯制作過程中，主要的制作方法包括機械劈裂法、晶體生長法、化學氣相沉積法以及氧化還原法等。隨著技術的不斷發展，一些新的石墨烯制作方式被研發出來，如等離子體生長技術等。在上述所有石墨烯制備過程中，化學法制備過程相對簡單，而且能源消耗量很低，受到了相關領域研究人員的高度青睞。在利用化學法制備石墨烯時，利用氧化石墨、微粒石墨等作為石墨的主要來源，在此過程中，氧化石墨具有較多的含氧官能團，很多行為具有不可逆特性，對石墨烯的電學性能造成很大影響，而在微粒石墨作為石墨源進行使用時，具有缺陷少、導電率良好等特點，經常被用于石墨烯制備過程中。
另外，利用石墨烯制作的材料極，可用于納米器件的制作。在在很多傳統制作方式中，所制備出來的石墨烯往往處在微米尺寸的范圍內。為了確保石墨烯在納米器材中得到應用，需要采取更好的措施將石墨烯層切割成納米器材所要求的形態，在尺寸要求上必須達到納米級別。在研究過程中，Pan等人發明了一種熱液方式，這種方式可以將預氧化的石墨進行合理切割，使其溶解成很細的量子點，在此過程中，研究人員還發現了藍光現象，這也說明以石墨烯為基礎的應用材料可擴散到更多領域中，如光電子學等[1]。
1.2 石墨烯基復合材料的制備
在應用過程中，薄層石墨烯具有很大的應用潛力，在加上制作成本低廉，在復合材料的制作上也提升了石墨烯的應用地位。人們發現，如果能將石墨烯與無機物、聚合物等復合在一起，便可以促使石墨烯復合材料的形成。由于石墨烯的特殊性能，石墨烯復合材料的功能也受到了很多期待。很多研究學者證實，如果在還原態的石墨烯片上加入高溫的乙酰丙酮鐵，并可以得到處于還原狀態的石墨烯。如此一來，石墨烯便可以通過表面電荷密度和顆粒尺寸的控制，對復合材料的磁性進行合理調節，這種性質促使石墨烯復合材料在蛋白質分離等方面得到重要應用。截止到目前，常見的石墨烯基復合材料制備方式主要有：化學耦合法、萃取分散法、還原反應等。
從目前發展過程來看，石墨烯復合材料的制備是相關領域中研究的熱點話題之一，雖然石墨烯本身具有良好的特殊性能，但在實際應用過程中，性能效果并沒有完全表達出來，很多研究人員都希望利用石墨烯的復合方式，實現石墨烯在更多領域之中得到應用。
2.1 生物成像
石墨烯具有較強的相容性，便于各個細胞之間進行黏附。再加上化學性能和光學特點，石墨烯成為了較高的生物成像材料。據相關文獻記載，熒光素可以通過PEG與GO表面相連接，可產生能夠調節PH值的熒光信號，同時進一步提升了石墨烯的生物相容性，在石墨烯與熒光素直接相連時，被氧化的石墨烯可引起熒光出現淬滅現象，但由于中間體PEG的連接作用，可以將這種淬滅現象有效避免。在石墨烯與熒光素結合使用過程中，可提升熒光素對腫瘤細胞的通透性，從而提升細胞對熒光素的吸附能力。在能量較低的紅外光作用之下，低劑量的GO具有較強的腫瘤細胞處理能力。但如果對石墨烯進行單獨熒光成像，熒光素自身的淬滅現象將會對最終觀測效果產生嚴重影響。Park等人在研究過程中將鹽酸多巴胺與石墨烯表面相結合，之后再與透明質酸分子相互結合，最終將質酸分子帶到腫瘤細胞的表面。通過顯微鏡成像發現，腫瘤細胞的受體上出現了很強的熒光現象。同時將阿霉素利用細胞鍵與石墨烯量子點結合，從而確定抗癌藥物最終是都到達癌細胞附近。
2.2 腫瘤治療
目前，人類腫瘤發病率已經超過了心血管疾病，成為人類致死的罪魁禍首，對人們生命和健康產生了嚴重威脅。在腫瘤治療過程中，研究人員期待用最小的藥物劑量、最小的傷口創傷將腫瘤細胞殺死，同時不對人們機體中的其他細胞產生破壞。石墨烯在使用過程中可以吸附700到1000mm內的紅外光，之后產生出大量熱，從而實現腫瘤細胞的有效切除。這種治療方式被人們稱為光熱治療法，該治療機制主要包括氧集團的產生、相關酶的激活、DNA片段撕破以及線粒體膜去極。在多種治療因素的相互配合下，能夠幫助石墨烯通過光熱治療效應將腫瘤細胞徹底殺死，為人們機體健康提供有利條件[2]。
2.3 抗菌材料
除了生物成像和腫瘤治療之外，石墨烯還可以應用到抗菌材料的制作過程中。Fan等人利用石墨烯水溶液的抽濾過程，制作出了石墨烯紙，該紙在使用時可降低大腸桿菌的生長速率。Chen等人將還原石墨、氧化石墨之間的抗菌效果進行有效對比，通過實驗發現，氧化石墨在細菌抵抗過程中展示出的效果最差，而還原石墨的效果要比石墨的效果更佳。在抗菌機制的研究過程中，這幾種物質均可以作為氧化細菌細胞膜的電子介質，從而為抗菌材料的制備提供有效基礎。
2.4細胞毒性
一種材料是都能夠被應用到醫學領域中，主要的衡量標準是該材料是否能讀生物細胞產生傷害。因此，相關研究人員開展了大量研究，印證石墨烯是否具有毒性。Zhang等人將1mg/kg石墨烯注入到小白鼠體內，經過14天的觀察，小白鼠機體未出現炎癥反應，但當研究人員提高石墨烯的注射量時，小白鼠的肺部出現了明顯水腫和炎癥等現象，而且在機體局部位置出現了肉芽病變和組織的纖維化發展。經過一系列研究發現，由于石墨烯的種類不同，對細胞產生的影響也不同，石墨烯的毒性需要各種因素的誘導，才能對生物細胞產生不同程度的影響。在使用石墨烯時，研究人員需要對各種因素進行合理評估，在最大程度上降低毒性。
綜上所述，石墨烯在生物醫學領域中得到了一定的應用，但我國相關技術研究仍處于起步階段，研究過程缺乏系統化理論支撐，想要在實際領域中得到深入應用十分困難。在石墨烯材料使用過程中，需要以細胞和生命體整體層次為主，對石墨烯和其衍生物進行系統化研究，確定石墨烯在使用過程中的使用機制，從而為我國醫療事業提供幫助。
參考文獻：
[1]王勇,周吉學,程開明. 石墨烯增強鋁基復合材料的制備工藝、組織與性能研究進展[J]. 材料導報,2017,31(S1):451-457+462.
[2]傅深娜,馬利,甘孟瑜. 三維石墨烯及其復合材料的制備及在超級電容器中的研究進展[J]. 材料導報,2017,31(05):9-15.
來源：《科技中國》2017年12期
作者：王煜聰
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