氧化石墨烯的纳米毒理学需要进一步的研究兴趣

最近发表在ACS Omega杂志上的一项研究概述了各种氧化石墨烯生产方法、表征方法和应用。该研究还研究了氧化石墨烯及其衍生物的纳米毒性。

研究：An Update on Graphene Oxide: Applications and Toxicity. 图片来源：Yadav, S. et al. (2022).ACS Omega

什么是氧化石墨烯（GO）？

石墨烯是由六方碳原子组成的单层结构。石墨烯和石墨烯基物质因其出色的电导率和热导率、高强度质量比和大表面积而成为许多应用的有吸引力的材料。

然而，跨层的显着π-π堆叠导致石墨烯结合并形成疏水性化合物。为了解决这个问题，石墨烯通常通过Hummers工艺氧化，导致氧化石墨烯的产生。

氧化石墨烯是一种独一无二的物质，由具有环氧化物、羰基和羟基等多种含氧官能团的单分子石墨片组成。由于存在大的含氧官能团，氧化石墨烯很容易官能化，使其极易接受与金属离子和其他分子的复杂形成。

氧化石墨烯的制备和表征方法

Hummers和Offeman的方法是公认的大批量合成氧化石墨烯的方法。硫酸和高锰酸钾在Hummers工艺中氧化石墨粉和硝酸钠的组合。使用该工艺，可以在数小时内制造出高质量的氧化石墨烯。

然而，Hummers技术会产生具有高纳米毒性的气体，例如二氧化氮和四氧化二氮。已经探索了几种变化，通常称为改性Hummers技术，以降低纳米毒性并提高Hummers工艺的生产率。

近年来，人们对创建具有可定制形状的氧化石墨烯片材非常感兴趣。这是因为氧化石墨烯的特性可以通过采用各种分子、填料设计和中间间距来适当地改变。

氧化石墨烯可以使用各种形态学，光谱学和电解技术进行研究。X射线光电子能谱（XPS），电子色散X射线（EDX）和扫描电子显微镜（SEM）等技术用于确定氧化石墨烯的特定电导率，热性质，原子结构和许多其他方面。

氧化石墨烯的重要应用

近年来，氧化石墨烯及其衍生物已成为具有催化、生物医学和组织工程应用的卓越碳基材料。

具有最小生态影响的高效催化已成为许多工业过程的首选。氧化石墨烯界面上的含氧基团非常亲水性和化学活性。此外，掺入氧化石墨烯中的官能团是各种活性催化分子的理想宿主位点。

氧化石墨烯最近作为生物医学应用中可能的纳米载波基板引起了人们的广泛关注。氧化石墨烯的生物用途包括基因和小分子药物递送。它也可以用来生物官能化蛋白质，作为抗癌药物，并作为骨植入中的抗菌剂。

氧化石墨烯在许多组织工程领域也显示出前景，包括干细胞的调节发育和从含干细胞的递送平台释放活性生物制剂。

氧化石墨烯的纳米毒性及未来展望

尽管氧化石墨烯及其衍生物由于其灵活性而具有吸引力的关键生物医学应用前景，但氧化石墨烯在生物环境中的潜在用途需要对这些材料的纳米毒性有透彻的了解。

氧化石墨烯的纳米毒性谱取决于几个因素，应避免广泛的概括。此外，应进行系统研究，将这些纳米毒性变量中的每一个与氧化石墨烯产生的生物事件联系起来。

根据本研究，氧化石墨烯最重要的纳米毒性途径是在靶细胞中形成活性氧化合物。需要更多的研究来更好地表征纳米毒性机制，特别是那些专注于石墨烯材料与细胞膜的生物相互作用的研究。

未来的纳米毒理学研究应考虑样品纯度，特别是在生产早期阶段产生的氧化碎片的存在，这会显着影响石墨烯和氧化石墨烯的表面微化学环境。此外，由于石墨烯性质的固有可变性，氧化石墨烯的非分子行为必须包含在纳米毒性模型中。

参考

Yadav, S. et al. (2022). An Update on Graphene Oxide: Applications and Toxicity. ACS Omega.可在以下地点找到： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c03171