印度：科學家探索石墨烯在3D打印和生物醫(yī)學應(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)計機制對3D打印至關(guān)重要，但材料科學是這一先進技術(shù)的核心，這一技術(shù)不斷滲透到當今的主流。使用金屬和碳纖維進行3D打印現(xiàn)在特別受歡迎，并且變得更加經(jīng)濟實惠且可供所有人使用，而最初僅限于擁有更多財務(wù)資源和研究能力的工業(yè)公司。石墨烯，有時被稱為“半金屬”，由于其超輕的重量和令人難以置信的強度而被吹捧為充滿神奇能力的材料 - 遠遠超過鉆石甚至鋼材。

       現(xiàn)在，來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)學問題”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，以及暴露在細胞中可能產(chǎn)生的毒性。石墨烯的獨特之處在于它是一種2D結(jié)構(gòu)，具有令人難以置信的強度、剛性和令人興奮的品質(zhì)，如導電性。當用于生物醫(yī)學應(yīng)用時，例如創(chuàng)建支架以促進活細胞生長或用于藥物遞送，生物成像，甚至生物傳感，存在對其安全性的擔憂。
       這種獨特材料的合成通過自上而下或自下而上的方法進行，分別使用化學燒蝕、電化學氧化或等離子體處理，或用相當大的石墨烯片向上堆積。正如最近評論的科學家所指出的那樣，氧化石墨烯（GO）被認為是生物醫(yī)學用途中最柔韌的，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未解決的問題。”研究人員表示，“這可以通過將石墨烯懸浮液超聲處理幾個小時以及使用表面活性劑或聚合物來實現(xiàn)?！?/span>
      隨著時間的推移，研究人員已經(jīng)開始研究各種溶劑，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、更純粹的方法來制造優(yōu)質(zhì)石墨烯片的趨勢，例如那些采用高速剪切混合技術(shù)的石墨烯。對可能有毒的化學品的需求。由于石墨烯在生物醫(yī)學應(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)學用途的重要因素?！毖芯啃〗M表示。
      隨著這項研究/評論，科學家們也意識到3D打印和石墨烯以互補的方式非常適合彼此，石墨烯也致力于增強聚合物材料（特別是在生物醫(yī)學應(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：
?細胞的大小和形狀
?橫向尺寸
?表面化學
?雜質(zhì)
?凝聚
      “石墨烯與細胞膜之間的物理相互作用被認為是石墨烯誘導毒性的主要機制?！毖芯咳藛T表示，“石墨烯片的尖銳邊緣會對細胞膜造成損傷，導致細胞內(nèi)內(nèi)容物的泄漏。 此外，已知GO和RGO都會在哺乳動物細胞中誘導細胞毒性，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)學行業(yè)的應(yīng)用，但科學家和醫(yī)療專業(yè)人員試圖幫助解決人類對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)的健康風險科學委員會將石墨烯列入危險材料清單?？紤]到石墨烯的毒性潛力，仍有許多空白需要填補。在評估毒性時，應(yīng)考慮所有物理化學參數(shù)，包括尺寸、形狀、附聚、層厚度、橫向尺寸和原子組成。從生物學的角度來看，應(yīng)徹底調(diào)查濃度，持續(xù)時間，接觸途徑和雜質(zhì)的存在的影響?！弊髡哒f。
       “總之，石墨烯有望為生物醫(yī)學應(yīng)用提供令人興奮的納米平臺，但仍有許多問題需要解決。建議石墨烯衍生物在進行生物醫(yī)學應(yīng)用或臨床應(yīng)用之前應(yīng)進行廣泛的安全性評估或驗證。”


[圖片/來源：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誘導沉默復合物）的mRNA降解


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