印度：科學(xué)家探索石墨烯在3D打印和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的奇跡和毒性

發(fā)布日期：2019-01-19 09:05:27

        雖然硬件、軟件和各種設(shè)計(jì)機(jī)制對(duì)3D打印至關(guān)重要，但材料科學(xué)是這一先進(jìn)技術(shù)的核心，這一技術(shù)不斷滲透到當(dāng)今的主流。使用金屬和碳纖維進(jìn)行3D打印現(xiàn)在特別受歡迎，并且變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且可供所有人使用，而最初僅限于擁有更多財(cái)務(wù)資源和研究能力的工業(yè)公司。石墨烯，有時(shí)被稱為“半金屬”，由于其超輕的重量和令人難以置信的強(qiáng)度而被吹捧為充滿神奇能力的材料 - 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鉆石甚至鋼材。

       現(xiàn)在，來(lái)自印度的兩位研究人員在“石墨烯綜合應(yīng)用：重視生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題”的論文中發(fā)表了研究結(jié)果，探討了石墨烯在3D打印中的應(yīng)用，以及暴露在細(xì)胞中可能產(chǎn)生的毒性。石墨烯的獨(dú)特之處在于它是一種2D結(jié)構(gòu)，具有令人難以置信的強(qiáng)度、剛性和令人興奮的品質(zhì)，如導(dǎo)電性。當(dāng)用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用時(shí)，例如創(chuàng)建支架以促進(jìn)活細(xì)胞生長(zhǎng)或用于藥物遞送，生物成像，甚至生物傳感，存在對(duì)其安全性的擔(dān)憂。
       這種獨(dú)特材料的合成通過(guò)自上而下或自下而上的方法進(jìn)行，分別使用化學(xué)燒蝕、電化學(xué)氧化或等離子體處理，或用相當(dāng)大的石墨烯片向上堆積。正如最近評(píng)論的科學(xué)家所指出的那樣，氧化石墨烯（GO）被認(rèn)為是生物醫(yī)學(xué)用途中最柔韌的，與RGO一起使用，RGO是一種氧化程度較低的形式，兩者都具有更好的水溶性。
“由于石墨烯的疏水性，制備穩(wěn)定的分散體仍然是一個(gè)未解決的問(wèn)題?！毖芯咳藛T表示，“這可以通過(guò)將石墨烯懸浮液超聲處理幾個(gè)小時(shí)以及使用表面活性劑或聚合物來(lái)實(shí)現(xiàn)?！?/span>
      隨著時(shí)間的推移，研究人員已經(jīng)開(kāi)始研究各種溶劑，但這又提高了毒性的可能性，這就是為什么現(xiàn)在有一種更環(huán)保、更純粹的方法來(lái)制造優(yōu)質(zhì)石墨烯片的趨勢(shì)，例如那些采用高速剪切混合技術(shù)的石墨烯。對(duì)可能有毒的化學(xué)品的需求。由于石墨烯在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有令人難以置信的潛力，再次應(yīng)用于藥物遞送，包括基因和蛋白質(zhì)，以及作為生物傳感器，抗微生物劑和組織工程的石墨烯基質(zhì)，因此繼續(xù)在這一領(lǐng)域研究是十分重要的。
    “支持其臨床應(yīng)用的GO的壓倒性特性是兩親性、表面官能度、熒光猝滅能力和表面增強(qiáng)拉曼散射性質(zhì)。石墨烯缺陷部位的疏水性、大表面積、波紋和晶界是考慮它們用于生物醫(yī)學(xué)用途的重要因素。”研究小組表示。
      隨著這項(xiàng)研究/評(píng)論，科學(xué)家們也意識(shí)到3D打印和石墨烯以互補(bǔ)的方式非常適合彼此，石墨烯也致力于增強(qiáng)聚合物材料（特別是在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中），因此在這種不斷發(fā)展的技術(shù)中經(jīng)常使用：
“在3D打印的幫助下，可以調(diào)整一系列生物材料，以便為復(fù)雜的組織工程應(yīng)用獲得理想的特性和多種功能，以及制造適合手術(shù)的結(jié)構(gòu)?！?/span>
石墨烯合成
然而，人們?nèi)匀环浅ｊP(guān)注石墨烯如何與生物結(jié)構(gòu)混合，研究人員列出了許多可能影響互相作用的因素，包括：
?細(xì)胞的大小和形狀
?橫向尺寸
?表面化學(xué)
?雜質(zhì)
?凝聚
      “石墨烯與細(xì)胞膜之間的物理相互作用被認(rèn)為是石墨烯誘導(dǎo)毒性的主要機(jī)制?！毖芯咳藛T表示，“石墨烯片的尖銳邊緣會(huì)對(duì)細(xì)胞膜造成損傷，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)內(nèi)容物的泄漏。 此外，已知GO和RGO都會(huì)在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中誘導(dǎo)細(xì)胞毒性，氧化應(yīng)激和DNA損傷。” 雖然研究人員看到石墨烯在許多不同應(yīng)用中的應(yīng)用前景光明，包括生物醫(yī)學(xué)行業(yè)的應(yīng)用，但科學(xué)家和醫(yī)療專業(yè)人員試圖幫助解決人類對(duì)人類的毒性仍有明顯的重大障礙需要克服。
“歐洲新興和新發(fā)現(xiàn)的健康風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)委員會(huì)將石墨烯列入危險(xiǎn)材料清單。考慮到石墨烯的毒性潛力，仍有許多空白需要填補(bǔ)。在評(píng)估毒性時(shí)，應(yīng)考慮所有物理化學(xué)參數(shù)，包括尺寸、形狀、附聚、層厚度、橫向尺寸和原子組成。從生物學(xué)的角度來(lái)看，應(yīng)徹底調(diào)查濃度，持續(xù)時(shí)間，接觸途徑和雜質(zhì)的存在的影響?！弊髡哒f(shuō)。
       “總之，石墨烯有望為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供令人興奮的納米平臺(tái)，但仍有許多問(wèn)題需要解決。建議石墨烯衍生物在進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用或臨床應(yīng)用之前應(yīng)進(jìn)行廣泛的安全性評(píng)估或驗(yàn)證?！?/span>


[圖片/來(lái)源：Springer Link]
藥物和基因傳遞應(yīng)用

a)使用胺類PEG功能化GO輸送阿霉素。 b）sirna的傳遞和使用pei-coorded go-for基因沉默技術(shù)（RISC-RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物）的mRNA降解


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