石墨烯衍生物的合成及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯（graphene）是一種新型的二維納米材料，也是自然界中唯一的具有自由態(tài)原子的晶體，是構(gòu)成富勒烯（0D）、碳納米管（1D）、石墨或金剛石（3D）的基本單元。它不僅具有電導(dǎo)率高，熱導(dǎo)性能好的特點(diǎn)，且還具有高硬度和高強(qiáng)度的物理和化學(xué)性質(zhì)。這些優(yōu)異的性能使其在電子器件、信息傳輸和儲(chǔ)存材料，以及在能源和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于強(qiáng)大的范德華力使石墨烯具有疏水性和易聚集的特點(diǎn)，從而限制了其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。氧化石墨烯

2、（grapheneoxide,GO）的出現(xiàn)正好解決了上述問題，它不僅具有較高的比表面積、表面豐富的官能團(tuán)，在水溶液中可溶性好、分散程度高、生物相容性好等特點(diǎn)，而且制備成本低，是一種優(yōu)良的納米材料，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文針對(duì)目前GO在實(shí)際應(yīng)用中存在的難以操作的科學(xué)和技術(shù)問題，創(chuàng)新性地用金屬離子切割大片段GO制備了納米尺度的GO，利用紫外光照產(chǎn)生活性氧的方式制備了石墨烯納米篩（graphenenanomesh,GNM），以及

3、采用納米粒子介導(dǎo)的卷曲方式制備了碳納米卷（Carbonnanoscrolls,CNSs）；并且對(duì)GO進(jìn)行功能化，制備了附載貴金屬金（Au）、銀（Ag）等納米粒子的氧化石墨烯復(fù)合材料，并進(jìn)行了生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。
　　本論文內(nèi)容主要分為兩個(gè)部分：第一部分是關(guān)于幾種石墨烯衍生物的可控合成及其機(jī)理研究；第二部分是關(guān)于石墨烯的功能化及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究。詳述如下：
　　1.幾種石墨烯衍生物的制備：
　　（1）采用優(yōu)化的H

4、ummers法制備了大片段氧化石墨烯，表征結(jié)果表明，制備的GO是呈單層、晶格條文清晰、分散良好的溶液。
　?。?）采用金屬離子切割GO，發(fā)現(xiàn)不同的金屬離子切割的效率不一樣，跟金屬離子的活潑程度呈正相關(guān)，并且還發(fā)現(xiàn)這種方法切割后得到的納米級(jí)GO具有熒光特性。
　　（3）利用紫外光照產(chǎn)生活性氧的方式對(duì)GO進(jìn)行打孔，制備了具有半導(dǎo)體場效應(yīng)的GNM，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著光照時(shí)間的延長，石墨烯納米篩的孔徑越來越大，并發(fā)現(xiàn)GNM還具有熒光特性；

5、
　?。?）制備了卷曲石墨烯CNSs，實(shí)驗(yàn)表明，石墨烯的卷曲是有GO表面上附載的納米粒子聚集效應(yīng)和超聲供給的能量所共同引起的，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)除了銀納米粒子外，F(xiàn)e3O4磁性納米粒子也能卷曲GO制備CNSs。
　　2.石墨烯的功能化及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究：
　?。?）GO銀納米粒子的功能化及其抗菌性研究：首先GO銀納米粒子的功能化，在GO片層上原位合成銀納米粒子，制備了GO-AgNPs復(fù)合材料；再將GO-AgNPs卷曲起

6、來，制備了包裹銀納米粒子的CNS-AgNPs復(fù)合材料；最后進(jìn)行抗菌性試驗(yàn)，對(duì)比GO、GO-AgNPs和CNS-AgNPs三種材料之間的抗菌效果。通過藥敏片實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GO對(duì)白色念珠菌（C.albicans）和熱帶念珠菌（C.tropical）均沒有抑菌作用，而GO-AgNPs和CNS-AgNPs對(duì)這兩種真菌都有明顯的抑菌環(huán)；再通過微量肉湯稀釋法測定了它們的最低抑菌濃度（MIC）：GO-AgNPs對(duì)白色念珠菌的MIC為0.5μg/mL，而CN

7、S-AgNPs對(duì)白色念珠菌的MIC為0.25μg/mL；同樣，GO-AgNPs對(duì)熱帶念珠菌的MIC是0.5μg/mL，而CNS-AgNPs對(duì)熱帶念珠菌的MIC是0.125μg/mL。同時(shí)緩釋實(shí)驗(yàn)表明，CNS-AgNPs相比GO-AgNPs具有更好的緩釋效果。
　　（2）GO金納米棒的功能化及其在乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）的拉曼檢測應(yīng)用：首先將anti-HBsAg檢測抗體標(biāo)記到納米級(jí)的GO表面上；其次合成金納米棒，并將金納米

8、棒附載到標(biāo)記有抗體的GO表面；再通過置換反應(yīng)將拉曼分子2-Mpy結(jié)合到金納米棒表面，制備成拉曼探針；檢測拉曼探針的拉曼增強(qiáng)效應(yīng)；最后梯度稀釋待測抗原HBsAg，與酶標(biāo)板上的捕獲抗體進(jìn)行免疫反應(yīng)和拉曼檢測，取每個(gè)梯度的抗原濃度與其對(duì)應(yīng)的拉曼信號(hào)峰值做數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該拉曼免疫檢測的結(jié)果呈“S”性線性關(guān)系，在中濃度（1pg/mL-1000pg/mL）范圍內(nèi)具有較好的線性關(guān)系，其檢測靈敏度可達(dá)0.05pg/mL，且它的檢測范圍可到0.