生物醫(yī)用領(lǐng)域新突破：氧化石墨烯在人體酶作用下發(fā)生生物降解作用

　　一、簡介石墨烯的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

　　歐洲石墨烯旗艦研究計劃項目的研究人員最近解釋了懸浮于水中的氧化石墨烯懸浮液是如何在一種人體酶的催化作用下發(fā)生了生物降解作用，而且這種降解作用的程度與懸浮液的膠體穩(wěn)定性有很大關(guān)系。該項研究對石墨烯基材料在未來應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)方面有著巨大的指導(dǎo)意義。

　　和所有有望實現(xiàn)工業(yè)化的新材料一樣，石墨烯基材料可能會引起的健康和安全問題已經(jīng)引起了大量專家和公眾的極大興趣。石墨烯基材料的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用還處于初期階段，而它所帶來的環(huán)境問題，健康和安全風險還處于研究當中，其中研究者主要是與歐洲石墨烯旗艦計劃相關(guān)的研究人員。這個旗艦項目是一個具有學(xué)術(shù)和工業(yè)合作伙伴關(guān)系的大型國際財團，由歐盟委員會提供部分基金支持。其目的主要是通過長期的，多學(xué)科的研究關(guān)注并解決歐洲需要解決的大型科技挑戰(zhàn)。

　　包括石墨烯材料在內(nèi)的二維材料帶來的潛在健康和安全影響是一個目前值得深入研究的焦點。當談到將石墨烯基材料商業(yè)化應(yīng)用時，其在環(huán)境中的持久性和長期積累就成了關(guān)鍵問題，因此，在使用完畢后，如何安全的處理石墨烯基材料及其它工程材料已經(jīng)成了一個十分有趣的問題。具體就石墨烯而言，這種二維的氧化形式的碳的同素異形體在藥物釋放，仿生學(xué)，組織工程，生物傳感等一些相關(guān)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，而這一切都歸因于其在水中的高度分散性及生物相容性。

　　氧化石墨烯材料在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)方面具有高效作用，但它的毒理學(xué)效應(yīng)同樣必須要得到系統(tǒng)性的研究及評定。許多相關(guān)的實驗研究曾報道氧化石墨烯材料在某種情況下會損傷活體細胞并且削弱人體免疫反應(yīng)。但是綜合起來考慮會發(fā)現(xiàn)，這些實驗的進行日期是不確定的，甚至在某些情況下是自相矛盾的。

　　石墨烯及其許多的化合物都是生物相容性的，但是很少有關(guān)于其降解性的研究報道?；谶@個原因，由法國國家研究委員會的一位專家，同時是該旗艦項目的研究者之一的AlbertoBianco帶領(lǐng)的研究小組詳細研究了氧化石墨烯材料在生物酶的作用下發(fā)生的降解作用。其研究成果發(fā)表在《Small》期刊上，該項目的研究人員表示，從人體白細胞內(nèi)提取的髓過氧化物酶，再加入少量低濃度的過氧化氫，就能夠?qū)⒏叨确稚⒌难趸颖就耆x降解掉。

　　這篇發(fā)表在《Small》期刊上的文章的第一作者是一位來自Bianco研究小組的博士后研究生RajendraKurapati。Kurapati及其同事主要將研究重點放在髓過氧化物酶降解三種不同氧化石墨烯樣品的降解能力，這三種樣品主要是根據(jù)在水中的分散度不同而進行的分類。值得注意的是，我們這里說的是分散性而不是材料的濃度。研究發(fā)現(xiàn)，在髓過氧化物酶的作用下，越高度聚集的氧化石墨烯懸浮液越難以降解，更穩(wěn)定的膠體在酶的作用下能夠完全分解掉。就化學(xué)方面而言，氧化石墨烯的分散性取決于石墨烯材料表面的含氧基團，反過來，這又會影響到材料的生物降解性。

　　在詳細介紹了他們的實驗結(jié)果后，研究人員們開始討論氧化石墨烯的降解機理，討論首先大致概括了髓過氧化物酶針對細菌和其它會導(dǎo)致生物組織發(fā)炎的侵入性材料的感染過程。在炎癥過程中，嗜中性球，一種白細胞的亞型，會聚集在感染區(qū)域并分泌髓過氧化物酶，這種酶會催化氯離子和過氧化氫之間的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生強氧化劑，例如次氯酸。這些氧化劑具有抗菌特性，并且能夠降解掉聚酯型的移植物，胞外糖和氧化碳納米管等。該研究的作者認為由髓過氧化物酶催化的化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的這些氧化劑的高氧化還原電位將會以同樣的方式將以懸浮液形式存在的氧化石墨烯材料降解掉。材料最可能開始分解的地方主要集中在石墨烯晶格中碳原子與氧原子結(jié)合的地方。此外，表面電荷對這個過程也有影響，就如氧化碳納米管這個例子。因為表明電荷會使得氧化石墨烯和生物酶之間能夠結(jié)合的更強，并且隨后開始引發(fā)降解反應(yīng)。

　　“我們的實驗研究證明了氧化石墨烯在髓過氧化物酶的作用下完全的降解了，同時實驗的結(jié)果也表明了如果人類或者其他生物意外吸入氧化石墨烯，對于其可能會引起的健康風險也是可以控制的”。Bianco說道：“另一方面，在生物醫(yī)用領(lǐng)域，若將石墨烯基材料作為臨床生物醫(yī)用材料使用同樣也將考慮到其生物降解性能。我們的研究提供了一種安全處理石墨烯基材料且對環(huán)境無害的新方法。同樣，這對石墨烯基材料的進一步發(fā)展，將其作為生物活性分子或者醫(yī)學(xué)藥物的釋放載體也有著巨大的指導(dǎo)意義?！?br/>
　　氧化石墨烯的具體降解機理是一個仍需要進一步研究探索的課題，但是最新的研究結(jié)果也是顯而易見的，氧化石墨烯在過氧化氫存在的前提下，在髓過氧化物酶的催化作用下發(fā)生了降解作用。并且，降解的程度取決于懸浮液的膠體穩(wěn)定程度，這一點也說明了氧化石墨烯的親水特性是它能夠被髓過氧化物酶降解掉的一個主要因素。因此，當將工程氧化石墨烯材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)方面時應(yīng)當考慮到膠體的穩(wěn)定性這一影響因素。