石墨烯粉体|氧化石墨烯|复合材料
氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注,其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础,但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先,氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性,会***影响其在体内外的生物相容性,导致研究结果的不一致,因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论,需要综合多方面的因素进行深入研究。其次,氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度,其***机理需要进一步的研究。***,氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞/体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环境风险评价,需要研究者们不断地研究和探索。氧化石墨烯(GO)的比表面积很大,厚度小。多层氧化石墨滤饼
由于GO表面具有较高的亲和力,蛋白质可以吸附在GO表面,因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如,血液中存在着大量的血清蛋白,可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性,抑制了GO对细胞膜的破坏,同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析,他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时,GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现,特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此,GO与血清蛋白之间是相互影响的。绿色氧化石墨导电当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯。
多层氧化石墨烯(GO)膜在不同pH水平下去除水中有机物质的系统性能评价和机理研究。该研究采用逐层组装法制备了PAH/GO双层膜,对典型单价离子(Na+,Cl-)和多价离子(SO42-,Mg2+)以及有机染料(亚甲蓝MB,罗丹明R-WT)和药物和个人护理品(三氯生TCS,三氯二苯脲TCC)在反渗透膜系统中通过GO膜的行为进行研究。结果发现,在pH=7时,无论其电荷、尺寸或疏水性质如何,GO膜能够高效去除多价阳离子/阴离子和有机物,但对于单价离子的去除率较低。传统的纳滤膜通常带负电,且只能去除带有负电荷的多价离子和有机物。随着pH的变化,GO膜的关键性质(例如电荷,层间距)发生***变化,导致不同的pH依赖性界面现象和分离机制,一些有机物(例如三氯二苯脲)的分子形状由于这种有机物与GO膜的碳表面的迁移性和π-π相互作用而极大地影响了它们的去除。
氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性,广义而言,其自身已经可以作为一种传感材料,在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用,特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009年,Xia等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器(MGPD)[2],如图9.6,以1-3层石墨烯作为有源层,Ti/Pd/Au作源漏电极,Si作为背栅极并在其上沉淀300nm厚的SiO2,在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同,能带会发生弯曲并产生内建电场。同时具有良好的生物相容性,超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。
配体交换作用即:氧化石墨烯上原有的配位体被溶液中的金属离子所取代,并以配位键的形式生成不溶于水的配合物,**终通过简单的过滤即可从溶液中去除。Tang等47对Fe与GO(质量比为1:7.5)复合及Fe与Mn(摩尔比为3∶1)复合的氧化石墨烯/铁-锰复合材料(GO/Fe-Mn)进行了吸附研究,通过一系列的实验表明,氧化石墨烯对Hg2+的吸附机理主要是配体交换作用,其比较大吸附量达到32.9mg/g。Hg2+可在水环境中形成Hg(OH)2,与铁锰氧化物中的活性点位(如-OH)发生配体交换作用,从而将Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/铁-锰复合材料上,达到去除水环境中Hg2+的目的。氧化石墨烯经一定功能化处理后可发挥更大的性能优势,例如大比表面积、高敏感度和高选择性等,这些特性对于氧化石墨烯作为吸附剂吸附水环境中的金属离子有着重要的作用。与石墨烯量子点类似,氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。北京关于氧化石墨
GO表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用,易于化学修饰。多层氧化石墨滤饼
使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距,可以制造广谱的GO膜,每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm,真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm,计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片,而水合半径大于0.45nm的物质被截留,如图8.4所示。例如,脱盐要求GO的层间距小于0.7nm,以从水中筛分水合Na+(水合半径为0.36nm)。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力,可以获得这种小间距。与此相反,如果要扩大GO的层间距至1~2nm,可在GO纳米片之间插入刚性较大的化学基团或聚合物链(例如聚电解质),从而使GO膜成为水净化、废水回收、制药和燃料分离等应用的理想选择。如果使用更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维作为插层物,可以制备出间距超过2nm的GO膜,以用于生物医学应用(例如人工肾和透析),这些应用需要大面积预分离生物分子和小废物分子。多层氧化石墨滤饼
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