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【你问我答】石墨烯大讲堂(8)
“ 无论是在私人的朋友圈,还是材料类公众号平台,关于石墨烯的文章无处不在,还大有刷屏之势。不管是技术小白还是研发大咖,要是不知道石墨烯,是不是都不好意思和朋友、同事聊天呢!        什么,你还不知道石墨烯到底是啥??!!没关系,赶紧关注环球新碳,这里开设了石墨烯大讲堂,为大家从零开始讲述生而不凡的新材料之王----石墨烯。   Duang, Duang, Duang!!! 环球新碳石墨烯大讲堂第9期闪亮登台开讲啦!这期的大讲堂主要和小伙伴们分享“石墨烯医疗知多少”。”
被誉为“新材料之王”的石墨烯,在各个领域内都有极大的应用潜力,不仅在电子产品、新能源电池、夜视挡风玻璃、微型传感器、航空航天领域引起社会的关注,在医疗领域也被视为引发下一次 医疗革命的关键。

1 石墨烯治疗脊髓损伤
1 石墨烯治疗脊髓损伤莱斯大学的一研究团队致力于石墨烯纳米带的研究已经近10年,发现一种从多壁碳纳米管“解链”石墨烯纳米带的化学过程,并于2009年发表于《自然》杂志。自那以来,研究人员用它们来增强材料的性能,如飞机机翼除冰、电池和低渗透天然气储存容器等。研究人员先前发现石墨烯能刺激神经的生长,并且现在开发出基于石墨烯纳米带和聚乙二醇(PEG)的复合纳米材料 Texas-PEG,这种新材料最大的用途就是作为导电支架,可以促进被截断的脊髓两端进行修复和重连。
目前,已经有医生、研究者、工程师通过植入大量的电子设备来帮助瘫痪的患者恢复行动能力。如果新的材料和方法能够推广实现,修复脊髓损伤就会容易多了。

1.1 为什么Texas-PEG可用于治疗脊髓损失?
PEG是一种具有生物兼容性的聚合物胶,常被用于手术、医药或其它生物应用中。医学应用开发的石墨烯纳米带在PEG中的溶解性非常好。首先用PEG链对石墨烯纳米带进行功能化修饰,再和PEG混合,就会形成具有良好导电性的复合材料,该材料有助于断裂脊髓两端的连接。
1.2 石墨烯治疗脊髓损伤是仅仅理论吗?
        这个结果并不是理论上的,而是通过实验得出的真实结论。研究者使用脊髓被切断的大鼠进行试验,用 Texas-PEG 材料进行治疗,大鼠在短短的 24h 之内就恢复了部分功能。两周后,这个大鼠几乎完全恢复,表现出了近乎完美的控制运动能力。


2 石墨烯用于体外检测
2 石墨烯用于体外检测石墨烯的单原子厚度和二维的平面结构提供了极大的比表面积,使其可用来负载大量的各种分子,包括金属、生物分子、荧光分子和多种药物等,从而使其在生物分子的检测、分离和纯化以及药物靶向输送等方面具有许多潜在的应用。对于将石墨烯应用于生物传感器,由于它具有很好的化学性质,可以固定多种生物分子,因而超出了普通碳电极的应用范围,如通过用葡萄糖氧化酶对石墨烯进行功能化,可以做成葡萄糖酶基传感器;通过用DNA对石墨烯进行功能化,可以做成基因传感器。生物传感是一项正在快速发展的新技术,在医学应用中,利用石墨烯作为传感器进 行体外检测是重要的研究和应用方向。
此外,在利用传感器预测心脏病发作方面,石墨烯氧化物还能检测到血液中的特定微粒子,而这些微粒子是在心脏病发作前释放的。当前,基于石墨烯的类似传感器已在研发之中,主要用于检测多种疾病、毒素和生物标记。石墨烯的性状,如形态、片层数量、氧化程度、复合物中金属/石墨烯界面状况直接影响着传感器的整体性能。随着人们对石墨烯材料的本征结构、理化性质的逐步了解,必将大大推动石墨烯在生物传感系统中的广泛应用。

2.1 什么是生物传感?
生物传感是利用生物识别元件、信号转换装置、数据处理系统和显示系统结合在一起的分析设备,能够感受特定的被测量物质并按照一定规律将其转换成可识别的电信号,通过对电信号进行处理,检测出被测物质及其浓度。
生物传感是一项正在快速发展的新技术,有潜力应用到许多医疗应用领域,而石墨烯在检测食品毒素、环境污染、特定病菌和细菌等方面拥有独特的优势。例如,将石墨烯氧化物附着在特定毒素的类似于蛋白质的结构上,可产生一个增强信号,以便高敏感检测毒素,其检测能力相当于普通传感器的10倍。
2.2 石墨烯在生物传感器上的优点有哪些?
体积小,比表面积大;灵敏度高;响应速度快;电子传递快;易于固定蛋白质并保持其活性;减少表面污染的影响。
2.3 石墨烯气敏传感器的原理是什么?
原理是基于设备和气体分子相互作用时的电导率变化,吸附在石墨烯层的气体分子作为受体或客体通过引起设备电导的增加或降低来反映被测气体的浓度。石墨烯巨大的表面积使之对周围的环境非常敏感,即使是一个气体分子吸附或释放都可以被检测到。纳米医学目前尚处于初期发展阶段,同样,石墨烯在医疗市场的应用也处于早期发展阶段。但它有潜力进入许多医疗领域,并带来革命性变化。
通过第9期的石墨烯大讲堂,小伙伴们是否已经get到了石墨烯在生物医疗上的应用呢?如果你有任何关于石墨烯的问题,都可以给我们留言哦,小编将在接下来的大讲堂里帮大家解疑答惑。
什么,这期没看够??!!别着急,石墨烯大讲堂未完待续,下期更精彩。敬请小伙伴关注,不要错过哦。
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