石墨烯，一種單層或多層的石墨烯²他的發現獲得了2010年的諾貝爾物理學獎。石墨烯在納米電子、傳感器和納米複合材料方麵的潛在應用一直被積極追求。氧化石墨烯(氧化石墨烯的一種氧化形式)的生物學應用從2008年開始探索，這一領域的研究很快就爆發了[1,2]。

石墨烯具有強大的近紅外(NIR)吸收率、高的光熱轉換效率和超大的表麵積，成為生物應用納米材料的一顆耀眼的新星，特別是在光熱強化藥物、蛋白質和基因傳遞係統等光熱治療領域[3-7]。有趣的是，它產生近推斷光聲信號的內在能力不僅允許監測多功能給藥係統的分布在活的有機體內，以評估其治療後的原位治療結果，最重要的是，跟蹤石墨烯片在人體中的長期命運，還可以實現成像引導治療[8,9]。這些能力可以在很大程度上促進它們在實際的多功能納米藥物體係中的應用，以對抗各種疾病。同樣重要的是，盡管許多研究發現原始石墨烯和氧化石墨烯可能在生物係統中誘導毒性，但最近的研究表明，良好聚乙二醇化的氧化石墨烯或還原氧化石墨烯(rGO)納米片(橫向尺寸為納米)是無毒的在體外細胞和在活的有機體內在動物身上顯示出巨大的臨床應用潛力。

另一方麵，石墨烯在生物醫學領域的應用，如藥物輸送，需要橫向尺寸在納米量級(通常<50 nm)[1]的單分散石墨烯納米片。在製備納米石墨烯薄片方麵，包括在納米醫學領域的各種應用領域都付出了巨大的努力。主要的方法通常依賴於悍馬或改進悍馬的方法，涉及相當繁瑣和耗時的過程[10]。簡而言之，首先必須氧化石墨粉(這一步通常需要幾個小時到幾天，取決於具體的化學配方);使氧化產物脫落形成氧化石墨烯懸浮液。製備的氧化石墨烯薄片是非常多分散的，從幾納米到幾十微米不等。為了達到預定的納米級氧化石墨烯薄片，采用了擴展氧化和超聲處理。最終的氧化石墨烯產品仍然有很大的尺寸和形狀分布。為了提高氧化石墨烯片材的粒度均勻性，需要進行大量的粒度分離步驟。另一種方法是使用石墨納米纖維或碳纖維等體積較小的起始材料合成尺寸可控的氧化石墨烯[11,12]。 Compared to graphene, GO has very low absorption capability in the near infrared (NIR) region, various chemical, electrochemical, or hydrothermal reduction have been explored to produce rGO nanosheets with some fraction of its NIR absorption, photo thermal conversion recovered [7,8,13,14]. Furthermore, even though there were no metal catalyst leftover, the major possible toxicity resources of carbon nanotube (CNT) based delivery systems, are naturally avoided in graphene based delivery systems, trace amounts of metal ions and other chemicals involved in the oxidation and subsequent reduction processes can participate in unwanted toxic reactions and could be detrimental to biological applications. However, purification of GO is difficult due to its gelatin tendency, therefore, extensive purification steps, which requires large amount of solvents and long time of washing, making the production of clean GO and rGO very time consuming [15]

圖1:(A)通過微波直接加工方法製備的石墨烯納米片的原子力顯微鏡圖像。(B)不同濃度石墨烯納米片和單壁碳納米管的光聲信號。

最近，羅格斯-紐瓦克大學何惠新教授課題組的博士Mehulkumar Patel開發了一種創新的方法，稱為微波誘導直接製備方法，可以解決上述問題(圖1)。這種新方法可以快速直接製備均勻的兩親性低含氧(即低缺陷)石墨烯納米片[16]，它可以作為多功能的藥物遞送載體。這種新型製造方法不涉及有毒化學物質，更容易清洗和表麵修飾，使其具有生理穩定性和生物相容性。與常用的氧化石墨烯或化學還原氧化石墨烯納米片(rGO)相比，石墨烯納米片含有更多的石墨烯疇，這確保了更高的載藥能力，特別是疏水抗癌藥物。在不需要後還原過程的情況下，所製備的石墨烯納米片表現出較強的近紅外吸收能力、較高的光熱轉換效率以及外部控製的“按需”釋放能力[17]。還可提高光熱治療效率。它們還顯示出強大的近紅外光聲轉換效率，強於相同濃度的氧化石墨烯和單壁碳納米管(圖1B)，這為未來的建造提供了巨大的潛力在活的有機體內用於原位評估治療效果和/或成像引導治療的成像能力。

參考文獻

1. 孫鑫，劉錚，Welsher K, Robinson JT, Goodwin A等(2008)用於細胞成像和藥物傳輸的氧化納米石墨烯。Nano Res 1: 203-212。［Ref。］
2. 劉錚，Robinson JT，孫鑫，戴宏(2008)聚乙二醇化納米氧化石墨烯用於遞送水不溶性抗癌藥物。美國化學學報130:10876-10877。［Ref。］
3. 楊凱，馮磊，石旭，劉錚(2013)納米石墨烯在生物醫學中的治療應用。化學學報42:530-547。［Ref。］
4. 楊凱，張鬆，張剛，孫旭，李聖等(2010)石墨烯在小鼠體內的含量:超高在活的有機體內腫瘤吸收和高效光熱治療。Nano Lett 10: 3318-3323。［Ref。］
5. 楊旭，張旭，劉錚，馬燕，黃燕等(2008)鹽酸阿黴素在氧化石墨烯上的高效載藥與控釋。《物理化學雜誌》第112期:17554-17558頁。［Ref。］
6. 張亮，王錚，陸錚，沈華，黃傑等(2013)聚乙二醇化還原氧化石墨烯作為一種優越的ssRNA傳遞係統。化學學報B 1: 749-755。［Ref。］
7. 田斌，王超，張鬆，馮磊，劉震(2011)納米氧化石墨烯的光熱增強光動力治療。Acs Nano 5: 7000-7009。［Ref。］
8. 楊凱，胡麗麗，馬XX，葉素琴，程磊等。(2012)磁性納米顆粒錨定功能化石墨烯納米片的多模態成像引導光熱治療。廣告24:1868- 1872。［Ref。］
9. 沈紅，劉敏，何紅霞，張麗敏，黃娟等。(2012)聚乙二醇氧化石墨烯介導的蛋白傳遞調控細胞功能。ACS應用模塊接口4:6317-6323。［Ref。］
10. Hummers WS, Offeman RE(1958)氧化石墨的製備。美國化學學報80:1339。［Ref。］
11. 羅建勇，Cote LJ, Tung VC, Tan ATL, Goins PE，等(2010)氧化石墨烯納米膠體。美國化學學報132:17667-17669。［Ref。］
12. 彭傑，高偉，Gupta BK，劉錚，Romero-Aburto R等(2012)從碳纖維中提取石墨烯量子點。Nano Lett 12:844 -849。［Ref。］
13. 楊凱，萬傑，張鬆，田斌，張勇，等(2012)納米氧化石墨烯表麵化學和尺寸對超低激光功率光熱治療癌症的影響。生物材料33:2206 - 2214。［Ref。］
14. Robinson JT, Tabakman SM, Liang Y, Wang H, Casalongue HS，等(2011)用於光熱治療的高近紅外吸收的Ultrasmall還原氧化石墨烯。美國化學學報133:6825-6831。［Ref。］
15. 金峰，羅濟勇，劉誌強，孫凱，等。(2010)氧化石墨中自傳播的多米諾反應。Adv funcmater 20: 2867-2873。［Ref。］
16. Patel MA, Yang H, Chiu PL, Mastrogiovanni D, Flach CR，等。(2013)直接生產用於近紅外光聲成像的石墨烯納米片。Acs Nano 7: 8147-8157。［Ref。］
17. 楊凱，徐輝，程磊，孫春春，王傑，等(2012)在體外以及利用聚吡咯有機納米顆粒在體內近紅外光熱治療癌症。Adv Mater 24: 5586-5592。［Ref。］
18. Taratula O, Patel M, Schumann C, Naleway MA, Pang AJ，等(2015)酞菁負載石墨烯納米平台的成像引導組合光療。國際納米醫學雜誌10:2347-2362。［Ref。］

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引用:He H(2016)微波可直接製備用於近紅外光聲成像引導治療的石墨烯納米片。納米外科2(2):doi http://dx.doi。org/10.16966/2470 e105——3206.

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出版的曆史:

收到日期:2016年4月25日

接受日期:2016年4月26日

發表日期:2016年4月30日