文献综述(或调研报告):
氧化石墨烯的制备及其抑菌机制
摘要:氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)是石墨烯的衍生物,又被称作内功能化的石墨烯,具有羟基,羧基和环氧基官能团,这种官能化形式的石墨烯能够产生在水中稳定的以单层薄片为主的分散体,具有很特殊的理化性质。因此作为一种新型的纳米材料,氧化石墨烯在电子、物理、信息、能源和材料领域一直有广泛的应用前景。同时因为氧化石墨烯有着优秀的抗菌机制,在生物医药领域的应用潜力显得尤为突出,但长久以来人们对其抗菌一直没有完全而系统的解释,并且存在着一定的争议。本文简单介绍一下氧化石墨烯的基本性质和制备方法,同时回顾一下近年来研究员对氧化石墨烯的抑菌机制的不同描述。
关键词:氧化石墨烯、制备、抗菌机制
石墨烯于2004年在Geim和Noveselov的实验中被发现,他们使用单纯的机械剥离法从三维石墨中提取出了单层石墨烯。石墨烯碳原子以sp2杂化轨道而组成的六角形晶格蜂巢状单片结构,使之不仅仅获得了突出的力学强度表现(如断裂强度,弹性模量),同时还具有优秀的比表面积和良好的导电性,这些十分独特的物理与化学性质引起了许多科研人员的关注,在传感器,水处理和新开发的可替代能源等领域有了很大的应用潜力。
氧化石墨烯是石墨烯的衍生物,是指在正常的石墨烯片边缘结合羧基,同时在石墨烯片的基面上结合酚羟基和环氧基团而得到的。由于拥有大量的含氧活性基团,氧化石墨烯所表现出的水溶性和表面活性要优于一般的石墨烯。而相比富勒烯和碳纳米管,氧化石墨烯制备简便,成本低廉,关键是原料易得,易于大量生产,同时,其比表面积较大,亲水性较好且毒性较低,从而在生物医药领域的相关应用有了更大优势。在生物医药领域,这些纳米材料可以被应用于生物传感器、生物医学装置、薄膜纤维伤口敷料等方面,能够代替甚至超越原有材料,因此对氧化石墨烯的研究一直是生物医药领域的热点。
1.氧化石墨烯的基本性质及其制备
石墨烯系单层碳原子二维纳米材料,为sp2 杂化轨道骨架结构,呈六角型蜂巢晶格平面,是目前最薄却也是最坚硬的纳米材料。由于石墨烯家族独特的物理化学特性,诸如极高比表面积、良好的热、电传导性、高机械强度及易于大规模生产等优点,石墨烯物理化学等领域有着极高的应用潜力。而氧化石墨烯是石墨烯的衍生物,它一样仅具有单原子层的厚度,可以作为化学法制备石墨烯的前驱体来使用。氧化石墨烯较石墨烯而言,增加了羟基、环氧基、羧基等多种含氧基团,这些基团不但使氧化石墨烯获得了较好的分散性、亲水性和更好的与聚合物的兼容性,还加强了氧化石墨烯的表面化学活性。氧化石墨烯的生物毒性较低,更重要的是,制备氧化石墨烯非常容易,其制备原料石墨也十分廉价,易于大量生产。因此不管从哪方面来看,氧化石墨烯都拥有极大的潜力应用于生物医学的各个领域。
传统的氧化石墨烯制备,采用如KClO3、发烟HNO3等物质作为氧化剂,对石墨或者石墨烯进行氧化反应,一般采用类似方法的有Hummers、Brodie、Staudenmaier法。这种处理方式往往氧化程度比较高,能得到较高含量的氧化石墨烯,但是这种方法不仅不能保证安全性,反应中还有可能产生会产生如ClO2、NO2、N2O4 等有害气体。近些年来研究人员通过对氧化石墨烯制备方法的不断探索,开发出了新的如超声波剥离法、低温剥离法等得到氧化石墨烯,或者通过对原有方法进行改良,将传统的Hummers法中的还原剂换为L-丝氨酸(L-Ser)并将黄色糊精(YD)作为稳定剂,增强了制备氧化石墨烯的稳定性,还减小了污染。
2.氧化石墨烯的抗菌机制
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