2013年,《十二五期间中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》发布,提出大力发展石墨烯材料的应用这一重要课题。2014年12月13日习主席亲赴江苏高新技术产业研究院,调研石墨烯研发及参观产品展示,仔细查看产品询问细节,并对石墨烯产业寄予厚望。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的蜂巢晶格形的二维材料,是一种重要的碳同素异形体。自2004年Novoselov和Geim成功地分离并证实石墨烯材料以来,它以其独特的纳米结构和性能被广泛应用于能源、电子、生物医学、复合材料等领域等诸多领域。
在生物医学领域,石墨烯作为治疗药物的载体从而实现药物的靶向输送与定点释放。Dai等首先制备了聚乙二醇功能化的石墨烯,使石墨烯具有很好的水溶性,并且能够在血浆等生理环境下保持稳定分散,然后利用π-π相互作用首次成功地将抗肿瘤药物喜树碱衍生物(SN38)负载到石墨烯上,开启了石墨烯材料在生物医药方面的应用研究。Xiaoying Yang等通过化学沉淀法将Fe3O4与氧化石墨烯顺磁性结合,并加载于抗癌药物盐酸阿霉素上。
在化学分析领域,石墨烯作为电化学传感器、生物传感器、用于改善生物活性物质的电化学响应。石墨烯材料相关特性包括:(1)高比表面积对金属离子的富集作用和溶出伏安法高灵敏度特性,应用于石墨烯修饰电极检测无机金属离子;(2)良好的导电性能,应用于各类基于石墨烯修饰电极的生物传感器检测生物物质(目标分析物包括谷胱甘肽、NADH及葡萄糖等);(3)优良的光电性能,应用于石墨烯修饰的DNA探针检测DNA;(4)超级电容特性,广泛应用于超级电容领域。
在环境分析领域,石墨烯的π电子共轭结构和疏水性质,提供额外的亲和力,增强其与环境有机污染物的相互作用。基于其独特特性,并结合不同的色谱技术(如,HPLC、CE、电化学检测和MALDI-TOF质谱分析),石墨烯材料被广泛应用于不同类型化合物( 如有机物、重金属、生物分子等) 的检测分析中。[4]
随着石墨烯行业的迅猛发展,国内石墨烯制造及使用技术居世界领先水平。但仍存在不少问题:
(1)大规模高质量的石墨烯生产尚未实现;
(2)石墨烯的化学结构尚不清楚,分子间相互作用尚不明确;
(3)石墨烯材料在分析应用中抗干扰能力低;
(4)石墨烯材料与其它分析技术联合应用的开发尚在起步阶段。
以上问题值得业界的共同努力,其成果必能为社会带来超值的收益。
参考文献
[1] Liu Z, Robinson J T, Sun X, et al. PEGylated Nanographene Oxide for Delivery of Water-Insoluble Cancer Drugs[J]. Journal of the American Chemical Society, 2008,130(33):10876-10877.
[2] Yang X, Zhang X, Ma Y, et al. Superparamagnetic graphene oxide-Fe3O4 nanoparticles hybrid for controlled targeted drug carriers[J]. Journal of Materials Chemistry, 2009,19(18):2710.
[3] 黄海平, 朱俊杰. 新型碳材料--石墨烯的制备及其在电化学中的应用[J]. 分析化学, 2011(07):963-971.
[4] 程梦婷, 刘倩, 刘稷燕, 等. 石墨烯在环境有机污染物分析中的应用进展[J]. 环境化学, 2014(10):1733-1743.
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