石墨烯材料与模拟生物膜界面相互作用的研究进展 - 长春应用化学研究所.pdf

第３３卷 第１２期 应 用 化 学 Ｖｏｌ．３３Ｉｓｓ．１２ ２０１６年１２月 　　　　　　　ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　　　　　　　 Ｄｅｃ．２０１６ 檵檵檵檵殝 櫣櫣櫣櫣毠 檵 櫣 殝 毠 综合评述 特邀稿件 殝檵檵檵檵檵殝 毠櫣櫣櫣櫣櫣毠 石墨烯材料与模拟生物膜界面相互作用的研究进展 武烈　姜秀娥 （中国科学院长春应用化学研究所 电分析化学国家重点实验室　长春 １３００２２） 摘　要　石墨烯材料在生物领域的蓬勃发展使其纳米生物界面研究已成为纳米生物学研究的热点方向。生 物膜是石墨烯材料进入生物体系环境中的第一道屏障，深入理解石墨烯材料与磷脂膜间的相互作用，对于石 墨烯基生物材料的功能界面优化设计和生物学效应控制具有极为重要的意义。本文对石墨烯材料进行了简 要介绍，系统总结了近几年石墨烯材料与模拟生物膜相互作用的研究进展，并对其研究方向进行了展望。 关键词　石墨烯材料；纳米生物界面；生物膜；界面相互作用 中图分类号：Ｏ６５２　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００００５１８（２０１６）１２１３４３１２ ＤＯＩ：１０．１１９４４／ｊ．ｉｓｓｎ．１００００５１８．２０１６．１２．１６０３５５ 石墨烯材料因其独特的物理化学性质及其广阔的应用前景，一经发现便成为纳米科学领域的明星 材料。近些年来，石墨烯材料在生物医药领域获得了长足的发展并成为石墨烯应用研究的一个热点方 ［１］ 向 。上述应用研究的一个重要问题是探讨石墨烯材料与生物环境组分的潜在相互作用以揭示其蕴藏 的机遇与存在的限制。石墨烯材料的纳米生物界面相互作用研究是进一步发展石墨烯基生物材料及控 ［２］ 制其纳米生物学效应的关键问题 。在石墨烯材料与蛋白质、核酸、细胞器、细胞、生物膜等相互作用的 一系列纳米生物界面中，与生物膜的相互作用是最为重要的一种。生物膜是石墨烯材料进入生物环境 中遇到的第一层屏障，石墨烯材料与生物膜的相互作用研究不仅有助于深入理解生物与外界环境相互 作用的分子机理，也可以对全面了解石墨烯材料对人类生存环境和生命健康的影响提供理论依据，也必 将推动石墨烯材料纳米安全性评价系统的发展和完善。 天然生物膜是一个包含多种组分（磷脂、蛋白质、胆固醇、肽聚糖、多糖）的复杂动态系统。因其复 杂性高（多组分及各组分不同的定位与分布）、制备难度大、研究方法受限等因素的制约，一般限制于纳 米材料对血细胞膜的破坏性分析上。通过破膜溶血来评价材料对血细胞膜的作用与影响，或是通过荧 光共聚焦显微镜的方法研究材料对细胞膜完整性的破坏。但是这些研究只能提供表面现象而无法获得 相互作用的细节信息。应用简单的已知组成的模拟生物膜系统研究纳米生物膜相互作用的基本物理和 化学特性已成为纳米生物膜界面研究的热点［３］。 据此，本文对石墨烯材料及其与模拟生物膜相互作用的必威体育精装版研究进展进行了总结和展望。首先概 述了石墨烯材料；然后从基于模拟生物膜的实验分析和基于计算机的动力学模拟两方面详细阐述了石 墨烯材料与模拟生物膜相互作用的研究进展；最后展望几点发展方向。 １　石墨烯材料简介 石墨烯材料，也称为石墨烯家族纳米材料（ＧｒａｐｈｅｎｅＦａｍｉｌｙＮａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＧＦＮ），是一类层数、尺 寸、表面化学、缺陷程度、组成等各不相同的具有石墨烯结构的材料，主要包括单层石墨烯（ＳｉｎｇｌｅＬａｙｅｒ Ｇｒａｐｈｅｎｅ，ＳＬＧ）、薄层石墨烯（ＦｅｗＬａｙｅｒＧｒａｐｈｅｎ