科学家探索石墨烯在3D打印和生物医学应用中的奇迹和毒性

虽然硬件、软件和各种设计机制对3D打印至关重要，但材料科学是这一先进技术的核心，这一技术不断渗透到当今的主流。使用金属和碳纤维进行3D打印现在特别受欢迎，并且变得更加经济实惠且可供所有人使用，而最初仅限于拥有更多财务资源和研究能力的工业公司。石墨烯，有时被称为“半金属”，由于其超轻的重量和令人难以置信的强度而被吹捧为充满神奇能力的材料 - 远远超过钻石甚至钢材。

现在，来自印度的两位研究人员在“石墨烯综合应用：重视生物医学问题”的论文中发表了研究结果，探讨了石墨烯在3D打印中的应用，以及暴露在细胞中可能产生的毒性。石墨烯的独特之处在于它是一种2D结构，具有令人难以置信的强度、刚性和令人兴奋的品质，如导电性。当用于生物医学应用时，例如创建支架以促进活细胞生长或用于药物递送，生物成像，甚至生物传感，存在对其安全性的担忧。

这种独特材料的合成通过自上而下或自下而上的方法进行，分别使用化学烧蚀、电化学氧化或等离子体处理，或用相当大的石墨烯片向上堆积。正如最近评论的科学家所指出的那样，氧化石墨烯（GO）被认为是生物医学用途中最柔韧的，与RGO一起使用，RGO是一种氧化程度较低的形式，两者都具有更好的水溶性。

“由于石墨烯的疏水性，制备稳定的分散体仍然是一个未解决的问题。”研究人员表示，“这可以通过将石墨烯悬浮液超声处理几个小时以及使用表面活性剂或聚合物来实现。”

随着时间的推移，研究人员已经开始研究各种溶剂，但这又提高了毒性的可能性，这就是为什么现在有一种更环保、更纯粹的方法来制造优质石墨烯片的趋势，例如那些采用高速剪切混合技术的石墨烯。对可能有毒的化学品的需求。由于石墨烯在生物医学应用中具有令人难以置信的潜力，再次应用于药物递送，包括基因和蛋白质，以及作为生物传感器，抗微生物剂和组织工程的石墨烯基质，因此继续在这一领域研究是十分重要的。

“支持其临床应用的GO的压倒性特性是两亲性、表面官能度、荧光猝灭能力和表面增强拉曼散射性质。石墨烯缺陷部位的疏水性、大表面积、波纹和晶界是考虑它们用于生物医学用途的重要因素。”研究小组表示。

随着这项研究/评论，科学家们也意识到3D打印和石墨烯以互补的方式非常适合彼此，石墨烯也致力于增强聚合物材料（特别是在生物医学应用中），因此在这种不断发展的技术中经常使用：

“在3D打印的帮助下，可以调整一系列生物材料，以便为复杂的组织工程应用获得理想的特性和多种功能，以及制造适合手术的结构。”

石墨烯合成然而，人们仍然非常关注石墨烯如何与生物结构混合，研究人员列出了许多可能影响互相作用的因素，包括：

•细胞的大小和形状
•横向尺寸
•表面化学
•杂质
•凝聚

“石墨烯与细胞膜之间的物理相互作用被认为是石墨烯诱导毒性的主要机制。”研究人员表示，“石墨烯片的尖锐边缘会对细胞膜造成损伤，导致细胞内内容物的泄漏。 此外，已知GO和RGO都会在哺乳动物细胞中诱导细胞毒性，氧化应激和DNA损伤。” 虽然研究人员看到石墨烯在许多不同应用中的应用前景光明，包括生物医学行业的应用，但科学家和医疗专业人员试图帮助解决人类对人类的毒性仍有明显的重大障碍需要克服。

“欧洲新兴和新发现的健康风险科学委员会将石墨烯列入危险材料清单。考虑到石墨烯的毒性潜力，仍有许多空白需要填补。在评估毒性时，应考虑所有物理化学参数，包括尺寸、形状、附聚、层厚度、横向尺寸和原子组成。从生物学的角度来看，应彻底调查浓度，持续时间，接触途径和杂质的存在的影响。”作者说。

“总之，石墨烯有望为生物医学应用提供令人兴奋的纳米平台，但仍有许多问题需要解决。建议石墨烯衍生物在进行生物医学应用或临床应用之前应进行广泛的安全性评估或验证。”

[图片/来源：Springer Link]药物和基因传递应用a)使用胺类PEG功能化GO输送阿霉素。 b）sirna的传递和使用pei-coorded go-for基因沉默技术（RISC-RNA诱导沉默复合物）的mRNA降解