2013年,《十二五期間中國石墨烯行業深度市場調研與投資戰略規劃分析報告》發布,提出大力發展石墨烯材料的應用這一重要課題。2014年12月13日習主席親赴江蘇高新技術產業研究院,調研石墨烯研發及參觀產品展示,仔細查看產品詢問細節,并對石墨烯產業寄予厚望。
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的蜂巢晶格形的二維材料,是一種重要的碳同素異形體。自2004年Novoselov和Geim成功地分離并證實石墨烯材料以來,它以其獨特的納米結構和性能被廣泛應用于能源、電子、生物醫學、復合材料等領域等諸多領域。
在生物醫學領域,石墨烯作為治療藥物的載體從而實現藥物的靶向輸送與定點釋放。Dai等首先制備了聚乙二醇功能化的石墨烯,使石墨烯具有很好的水溶性,并且能夠在血漿等生理環境下保持穩定分散,然后利用π-π相互作用首次成功地將抗腫瘤藥物喜樹堿衍生物(SN38)負載到石墨烯上,開啟了石墨烯材料在生物醫藥方面的應用研究。Xiaoying Yang等通過化學沉淀法將Fe3O4與氧化石墨烯順磁性結合,并加載于抗癌藥物鹽酸阿霉素上。
在化學分析領域,石墨烯作為電化學傳感器、生物傳感器、用于改善生物活性物質的電化學響應。石墨烯材料相關特性包括:(1)高比表面積對金屬離子的富集作用和溶出伏安法高靈敏度特性,應用于石墨烯修飾電極檢測無機金屬離子;(2)良好的導電性能,應用于各類基于石墨烯修飾電極的生物傳感器檢測生物物質(目標分析物包括谷胱甘肽、NADH及葡萄糖等);(3)優良的光電性能,應用于石墨烯修飾的DNA探針檢測DNA;(4)超級電容特性,廣泛應用于超級電容領域。
在環境分析領域,石墨烯的π電子共軛結構和疏水性質,提供額外的親和力,增強其與環境有機污染物的相互作用。基于其獨特特性,并結合不同的色譜技術(如,HPLC、CE、電化學檢測和MALDI-TOF質譜分析),石墨烯材料被廣泛應用于不同類型化合物( 如有機物、重金屬、生物分子等) 的檢測分析中。[4]
隨著石墨烯行業的迅猛發展,國內石墨烯制造及使用技術居世界領先水平。但仍存在不少問題:
(1)大規模高質量的石墨烯生產尚未實現;
(2)石墨烯的化學結構尚不清楚,分子間相互作用尚不明確;
(3)石墨烯材料在分析應用中抗干擾能力低;
(4)石墨烯材料與其它分析技術聯合應用的開發尚在起步階段。
以上問題值得業界的共同努力,其成果必能為社會帶來超值的收益。
參考文獻
[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.
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[3] 黃海平, 朱俊杰. 新型碳材料--石墨烯的制備及其在電化學中的應用[J]. 分析化學, 2011(07):963-971.
[4] 程夢婷, 劉倩, 劉稷燕, 等. 石墨烯在環境有機污染物分析中的應用進展[J]. 環境化學, 2014(10):1733-1743.
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