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- 发布时间2018-07-25 14:53
- 发布人 集团
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石墨烯作为一个具有单层、二维碳纳米结构的新型材料，具有极大的比表面积和优异的电子、化学和机械性能，并具有很好的生物相容性，其在酶的直接电化学、生物小分子的电化学检测和在生物及环境电分析中都具有极其优异的性能。基于石墨烯的生物传感器及器件对于多种生物小分子、蛋白质(包括病毒和癌症标记物等)和DNA等的检测都显示了很好的灵敏度和选择性，是用于构建高效、快速、灵敏检测的生物医药领域的理想材料，具有很广泛的市场前景。
但是石墨烯在生物医药领域的应用也不是一帆风顺，也存在一些问题，如石墨烯中含氧官能团部分对其电化学性能的影响，如何制备具有高导电性且溶液分散性能好的石墨烯，杂原子掺杂对石墨烯电化学性能及稳定性的影响，传感器中生物分子与石墨烯的连接方式和相互作用，石墨烯在不同生物传感应用中的生物相容性问题，石墨烯的大规模可控制备方法等，这些石墨烯基材料的相关研究将打开生物医药领域的新方向。
目前抗生素的滥用导致不少单细胞病原菌出现耐药性。开发新的抑菌策略变得日益重要。正在研发的策略包括开发各种具有高生物活性的抑菌物质（例如：抗菌肽、噬菌体和噬菌体裂解酶）、免疫调节剂、群体感应抑制剂、以及掠食性微生物等。但实际使用中，这些新抑菌物质往往伴随着高度复杂的技术要求，过高的成本和难以预料的健康风险等缺点。
一个新兴的研究方向是使用金属纳米颗粒或碳纳米材料做为抗菌物质。基于纳米材料的抗菌技术具有合成简单、成本低廉、还可以按需求定制的优点。其中石墨烯材料因其相对低廉的成本和较低的对人和环境的毒性，在抗菌纳米医学领域吸引了越来越多的关注。 最近澳大利亚悉尼大学化学和生物分子工程学院Dr. Karahan（第一作者），陈元教授（通讯作者）和新加坡制造技术研究所魏军博士等作者合作撰写了综述对当前石墨烯材料在抗菌纳米医学领域的研究做了系统的归纳总结。
文章首先梳理了石墨烯材料的主要抗菌机理。石墨烯材料的抗菌活性主要包括四种机制：
（1）物理穿刺或者叫做“纳米刀”切割机制；
（2）氧化应激引发的细菌/膜物质破坏；
（3）包覆导致的跨膜运输阻滞和（或）细菌生长阻遏；
（4）通过插入和破坏细胞膜物质造成细胞膜不稳定。根据石墨烯材料和细菌的不同接触状态，上述几种机制协同作用导致细胞膜的完全破坏（杀菌作用）和阻遏细菌生长（抑菌作用）。
目前对石墨烯材料的抗菌活性的研究还集中在基础研究。而对各种生物相关影响因素（比如微生物的种类及其生理的改变）的了解最为缺失。很多研究集中在金属纳米银颗粒和石墨烯的复合材料，作者提出将石墨烯和常规碳材料相互结合可能是很有潜力的发展方向。总的来说，石墨烯材料正得到生物医学领域越来越多的关注。通过对石墨烯材料进一步的结构和性能上的改进，它们有可能在不久的将来成为有效的纳米抗菌剂。
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