氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡,傾向于氧化,導致中性粒細胞炎性浸潤,蛋白酶分泌增加,產生大量氧化中間產物,即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后,都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用,并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關,還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中,GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累,其活性氧分別增加59.2%和75.3%。通過調控...
在推動以氧化石墨烯為載體的新藥進入臨床試驗前,勢必會面臨諸多挑戰:(1)優化氧化石墨烯的制備方法及生產工藝,使其具有可重復性,并能精確控制氧化石墨烯的尺寸和質量;(2)比較好使用劑量的摸索,找到以氧化石墨烯為載體的***療效和毒性之間的平衡點;(3)其他表面修飾劑的開發,需具有良好生物相容性且修飾后的氧化石墨烯能在短時間內被生物體***;(4)毒理學方法的進一步規范,系統闡明以氧化石墨烯為載體***的潛在毒性;(5)體內外模型的建立,***評價氧化石墨烯***的生物相容性,使其能更好地轉化到臨床。此外,以氧化石墨烯為載體的***在大規模工業化生產和應用時,還需考慮到對人體和環境的不利影響,是否...
GO作為一種新型的藥物載體材料,以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體,它不僅可以負載小分子藥物,也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合,如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構,而這些藥物的水溶性都非常差,而GO具有較好的親水性,因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題,即將上述藥物負載到GO基材料上,形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性,降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。GO的生物毒性除了有濃度依賴性,還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性。制造氧化石墨類型利用...
工業化和城市化導致天然地表水體中的有毒化學品排放,其中包括酚類、油污、***、農藥和腐植酸等有機物,這些污染物在制藥,石化,染料,農藥等行業的廢水中***檢測到。許多研究集中在從水溶液中有效去除這些有毒污染物,如光催化,吸附和電解54-57。在這些方法中,由于吸附技術低成本,高效率和易于操作,遠遠優于其他技術。與傳統的膜材料不同,GO作為碳質材料與有機分子的相互作用機理差異很大。新的界面作用可在GO膜內引入獨特的傳輸機制,導致更有效地從水中去除有機污染物。石墨烯和GO對有機物的吸附機理的研究表明,疏水作用、π-π鍵交互作用、氫鍵、共價鍵和靜電相互作用會影響石墨烯和GO對有機物的吸附能力。調控反...
太赫茲技術可用于醫學診斷與成像、反恐安全檢查、通信雷達、射電天文等領域,將對技術創新、國民經濟發展以及**等領域產生深遠的影響。作為極具發展潛力的新技術,2004年,美國**將THz科技評為“改變未來世界的**技術”之一,而日本于2005年1月8日更是將THz技術列為“國家支柱**重點戰略目標”**,舉全國之力進行研發。傳統的寬帶THz波可以通過光整流、光電導天線、激光氣體等離子體等方法產生,窄帶THz波可以通過太赫茲激光器、光學混頻、加速電子、光參量轉換等方法產生。氧化石墨中存在大量親水基團(如羧基與羥基),在水溶液中容易分散。寧波單層氧化石墨TO具有光致親水特性,可保證高的水流速率,在沒有...
解決GO在不同介質中的解理和分散等問題是實現GO廣泛應用的重要前提。此外,不同的應用體系往往要不同的功能體現和界面結合等特征,故而要經常對GO表面進行修飾改性。GO本身含有豐富的含氧官能團,也可在GO表面引入其他功能基團,或者利用GO之間和GO與其它物質間的共價鍵或非共價鍵作用進行化學反應接枝其他官能團。由于GO結構的不確定性,以上均屬于一大類復雜的GO化學,導致采用化學方式對GO進行修飾與改性機理復雜化,很難得到結構單一的產品。盡管面臨諸多難以解釋清楚的問題,但是對GO復合材料優異性能的期望使得非常必要總結對GO進行修飾改性的常用方法和技術,同時也是氧化石墨烯相關材料應用能否實現穩定、可控規...
隨著材料領域的擴張,人們對于材料的功能性需求更為嚴苛,迫切需要在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉化等領域應用性質更加優良的材料出現,石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標,作為前驅體的GO以其靈活的物理化學性質、可規模化制備的特點更成為應用基礎研究的熱電。雖然GO具有諸多特性,但是由于范德華作用以及π-π作用等強相互作用力,使GO之間很容易在不同體系中發生團聚,其在納米尺度上表現的優異性能隨著GO片層的聚集***的降低直至消失,極大地阻礙了GO的進一步應用。氧化石墨是一種碳、氧數量之比介于2.1到2.9之間黃色固體,并仍然保留石墨的層狀結構,但結構更復雜。單層氧化石...
氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性,廣義而言,其自身已經可以作為一種傳感材料,在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用,特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009年,Xia等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器(MGPD)[2],如圖9.6,以1-3層石墨烯作為有源層,Ti/Pd/Au作源漏電極,Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2,在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同,能帶會發生彎曲并產生內建電場。...
比較成熟的非線性材料有半導體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導體可飽和吸收鏡需要相對復雜和昂貴的超凈制造系統,這類器件的典型恢復時間約為幾個納秒,且半導體可飽和吸收鏡的光損傷閥值很低,常用的半導體飽和吸收鏡吸收帶寬較窄。碳納米管是一種直接帶隙材料,帶隙大小由碳納米管直徑和屬性決定。不同直徑碳納米管的混合可實現寬的非線性吸收帶,覆蓋常用的1.0~1.6um激光増益發射波段。但是由于碳納米管的管狀形態會產生很大的散射損耗,提高了鎖模閥值,限制了激光輸出功率和效率,所以,研究人員一直在尋找一種具有高光損傷閩值、超快恢復時間、寬帶寬和價格便宜等優點的飽和吸收材料。靜電作用的強弱與氧化石墨...
氧化石墨烯(GO)的比表面積很大,而厚度只有幾納米,具有兩親性,表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用,易于化學修飾,同時具有良好的生物相容性,超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。另外,GO具有獨特的電子結構性能,可以通過熒光能量共振轉移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體(染料分子、量子點及上轉換納米材料)的熒光。這些特點都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發現,將CdSe/ZnS量子點作為熒光供體,石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體,以上幾種碳材料對CdSe/ZnS量子點的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、7...
氧化石墨烯(GO)在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質,同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯(GO)具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性,為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6],其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(RGO)應用于光電傳感,主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時,利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質,作為電子受體材料時,利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯(GO)、還原氧化石墨烯(RGO)的電學性質已經有了比較詳細的論述,本章在介紹其在光電領域的應用之前,首...
近年來研究者發現石墨烯由于它獨特的零帶隙結構,對所有波段的光都無選擇性的吸收,且具有超快的恢復時間和較高的損傷閾值。因此利用石墨烯獨特的非線性可飽和吸收特性將其制作成可飽和吸收體應用于調Q摻鉺光纖激光器、被動鎖模光纖激光器已經成為超快脈沖激光器研究領域的熱點。2009年,Bao等[82]人使用單層石墨烯作為鎖模光纖激光器的可飽和吸收體首先實現了通信波段的超短孤子脈沖輸出,脈沖寬度達到了756fs。他們證實了由于泡利阻塞原理,零帶隙材料石墨烯在強激光激發下可以容易的實現可飽和吸收,而且這種可飽和吸收是與頻率不相關的,即石墨烯作為可飽和吸收體可實現對所有波長的光都有可飽和吸收作用。靜電作用的強弱與...
解決GO在不同介質中的解理和分散等問題是實現GO廣泛應用的重要前提。此外,不同的應用體系往往要不同的功能體現和界面結合等特征,故而要經常對GO表面進行修飾改性。GO本身含有豐富的含氧官能團,也可在GO表面引入其他功能基團,或者利用GO之間和GO與其它物質間的共價鍵或非共價鍵作用進行化學反應接枝其他官能團。由于GO結構的不確定性,以上均屬于一大類復雜的GO化學,導致采用化學方式對GO進行修飾與改性機理復雜化,很難得到結構單一的產品。盡管面臨諸多難以解釋清楚的問題,但是對GO復合材料優異性能的期望使得非常必要總結對GO進行修飾改性的常用方法和技術,同時也是氧化石墨烯相關材料應用能否實現穩定、可控規...
氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡,傾向于氧化,導致中性粒細胞炎性浸潤,蛋白酶分泌增加,產生大量氧化中間產物,即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后,都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用,并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關,還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中,GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累,其活性氧分別增加59.2%和75.3%。石墨烯在...
氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等豐富的官能團,在水中可發生去質子化等反應帶有負電荷,由于靜電作用將金屬陽離子吸附至表面;相反的,如果水中pH等環境因素發生變化,氧化石墨烯表面也可攜帶正電荷,則與金屬離子產生靜電斥力,二者之間的吸附作用**減弱。而靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關,其受環境pH值的影響較明顯。Wang44等人的研究證明,在pH>pHpzc時(pHpzc=3.8),GO表面的官能團可發生去質子化反應而帶負電,可有效吸附鈾離子U(VI),其吸附量可達到1330mg/g。氧化石墨中存在大量親水基團(如羧基與羥基),在水溶液中容易分散。單層氧化石墨怎么用GO作為...
Su等人28利用氫碘酸和抗壞血酸對PET基底上的多層氧化石墨烯薄膜進行化學還原,得到30nm厚的RGO薄膜,并測試了其滲透性能。實驗發現,對He原子和水分子完全不能透過。而厚度超過100nm的RGO薄膜對幾乎所有氣體、液體和腐蝕性化學試劑(如HF)是高度不可滲透的。特殊的阻隔性能歸因于石墨烯層壓板的高度石墨化和在還原過程中幾乎沒有結構損壞。與此結果相反,Liu等人29已經證明了通過HI蒸氣和水輔助分層制備**式超薄rGO膜的簡便且可重復的方法,利用rGO膜的毛細管力和疏水性,通過水實現**終的分層。采用真空抽濾在微孔濾膜基底上制備厚度低至20nm的**式rGO薄膜。在用氧化還原法將石墨剝離為石...
氧化石墨烯(GO)的光學性質與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體,在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數(~2.3%);相比之下,氧化石墨烯的光吸收系數要小一個數量級(~0.3%)[9][10]。而且,氧化石墨烯的光吸收系數是波長的函數,其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近,隨著波長向近紅外一端移動,吸收系數逐漸下降。對紫外光的吸收(200-320nm)會表現出明顯的π-π*和n-π*躍遷,而且其強度會隨著含氧基團的出現而增加[11]。氧化石墨烯(GO)的光響應對其含氧基團的數量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除,氧化石墨烯(GO)在可見光波段的的光吸收率迅速上升,**終達到2.3%這一...
由于較低的毒性和良好的生物相容性,石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質,或者經過熒光染料分子標記之后,可用于體外細胞與***光學成像[63-66],使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗(anti-CD20)與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20,然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h,培養液中納米GO-PEG的濃度...
GO的載藥作用也可促進間充質干細胞的成骨分化。如用攜帶正電荷NH3+的GO(GO-NH3+)和攜帶負電荷COOH-的GO(GOCOOH-)交替層疊使其**外層為GO-COOH-,以這種GO作為載體,攜帶骨形態發生蛋白-2(BMP-2)和P物質(SP)附著到鈦(Ti)種植體上,結果以Ti為基底,表面覆蓋GO-COOH-,攜帶BMP-2和SP(Ti/GO-/SP/BMP-2)種植體周圍的新骨生成量要明顯多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。這證明GO可以同時攜帶BMP-2和SP到達局部并緩慢釋放,增加局部BMP-2和SP的有效劑量且發揮生物活性作用[89,90]...
氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用,其基本依據是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性,在還原為還原氧化石墨烯的過程中,不同的還原程度又具備了不同的性質,從結構方面而言,是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在,使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要,克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點,也正是這些官能團的存在,使其便于實現功能化修飾,為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關。烏...
GO的載藥作用也可促進間充質干細胞的成骨分化。如用攜帶正電荷NH3+的GO(GO-NH3+)和攜帶負電荷COOH-的GO(GOCOOH-)交替層疊使其**外層為GO-COOH-,以這種GO作為載體,攜帶骨形態發生蛋白-2(BMP-2)和P物質(SP)附著到鈦(Ti)種植體上,結果以Ti為基底,表面覆蓋GO-COOH-,攜帶BMP-2和SP(Ti/GO-/SP/BMP-2)種植體周圍的新骨生成量要明顯多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。這證明GO可以同時攜帶BMP-2和SP到達局部并緩慢釋放,增加局部BMP-2和SP的有效劑量且發揮生物活性作用[89,90]...
GO作為一種新型的藥物載體材料,以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體,它不僅可以負載小分子藥物,也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合,如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構,而這些藥物的水溶性都非常差,而GO具有較好的親水性,因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題,即將上述藥物負載到GO基材料上,形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性,降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。氧化石墨正式名稱為石墨氧化物或被稱為石墨酸,是一種由物質量之比不定的碳、氫、氧元素構成的化合物。應...
石墨烯是一種在光子和光電子領域十分有吸引力的材料,與別的材料相比有很多優點[1]。作為一種零帶隙材料,石墨烯的光響應譜覆蓋了從紫外到THz范圍;同時,石墨烯在室溫下就有著驚人的電子輸運速度,這使得光子或者等離子體轉換為電流或電壓的速度極快;石墨烯的低耗散率以及可以把電磁場能量限定在一定區域內的性質,帶來了很強的光與石墨烯相互作用。雖然還原氧化石墨烯(RGO)缺少本征石墨烯中觀測到的電子輸運效應以及其它一些凝聚態物質效應,但其易于規模化制備、性質可調等優異特性,使其在傳感檢測領域展現出極大的應用前景。掃描隧道顯微鏡照片表明,在氧化石墨中氧原子排列為矩形。北京官能化氧化石墨氧化石墨烯基納濾膜水通量...
(1)將GO作為熒光共振能量轉移的受體,構建熒光共振能量轉移型氧化石墨烯生物傳感器,用于檢測各種生物分子。(2)可以將一些抗體鍵合在GO表面,構建成抗體型氧化石墨烯傳感器,通常是將GO作為熒光共振能量轉移或化學發光共振能量轉移的受體,以此來檢測抗原物質;或者利用GO比表面積較大能結合更多抗體的特點,將檢測信號進行進一步放大。(3)構建多肽型氧化石墨烯傳感器。因為GO是一種邊緣含有親水基團(-COOH,-OH及其他含氧基團)而基底具有高疏水性的兩性物質,當多肽與GO孵育時,多肽的芳環和其他疏水性殘基與GO的疏水性基底堆積,同時二者部分殘基之間也會存在靜電作用,這樣多肽組裝在GO上形成了多肽型氧化...
氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子,可作為配位體與具有空的價電子軌道的金屬離子發生絡合反應,生成不溶于水的絡合物,從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復合材料(EDTA-GO),通過研究發現其對金屬離子的吸附機制主要為絡合反應,即氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物,具體過程如圖8.7所示,由于形成的絡合物不溶于水,可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。掃描隧道顯微鏡照片表明,在氧化石墨中氧原子排列為矩形。常規氧化石墨吸附比較成熟的非線性材料有半導體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導體可飽和...
氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性,廣義而言,其自身已經可以作為一種傳感材料,在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用,特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009年,Xia等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器(MGPD)[2],如圖9.6,以1-3層石墨烯作為有源層,Ti/Pd/Au作源漏電極,Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2,在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同,能帶會發生彎曲并產生內建電場。...
石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結,如硅[64][65][66],鍺[67],氧化鋅[68],硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中,石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高(AM1.5)的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器(SGPD),獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應,它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法(CVD)生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應,其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號,常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合...
目前醫學界面臨的一個棘手的難題是對大面積骨組織缺損的修復。其中,干細胞***可能是一種很有前途的解決方案,但是在干細胞的移植過程中,需要可促進和增強細胞成活、附著、遷移和分化并有著良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯(GO)具有良好的生物相容性及較低的細胞毒性,可促進成纖維細胞、成骨細胞和間充質干細胞(mesenchymalstemcells,MSC)的增殖和分化[82],同時GO還可以促進多種干細胞的附著和生長,增強其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨組織再生領域及相關領域研究人員的關注,成為組織工程研究中一種很有潛力的支架材料。GO不僅可以單獨作為干細胞的載體材料,還可以加...
光電器件是在微電子技術基礎上發展起來的一種實現光與電之間相互轉換的器件,其**是各種光電材料,即能夠實現光電信息的接收、傳輸、轉換、監測、存儲、調制、處理和顯示等功能的材料。光電傳感器件指的是能夠對某種特征量進行感知或探測的光電器件,狹義上*指可將特征光信號轉換為電信號進行探測的器件,廣義而言,任何可將被測對象的特征轉換為相應光信號的變化、并將光信號轉換為電信號進行檢測、探測的器件都可稱之為光電傳感器。石墨、碳纖維、碳納米管和GO可以作為熒光受體。附近氧化石墨生產企業在氧化石墨烯的納米孔道中,分布著氧化區域和納米sp2雜化碳區域,水分子在通過氧化區域時能夠與含氧官能團形成氫鍵,從而增加了水流動...
(1)將GO作為熒光共振能量轉移的受體,構建熒光共振能量轉移型氧化石墨烯生物傳感器,用于檢測各種生物分子。(2)可以將一些抗體鍵合在GO表面,構建成抗體型氧化石墨烯傳感器,通常是將GO作為熒光共振能量轉移或化學發光共振能量轉移的受體,以此來檢測抗原物質;或者利用GO比表面積較大能結合更多抗體的特點,將檢測信號進行進一步放大。(3)構建多肽型氧化石墨烯傳感器。因為GO是一種邊緣含有親水基團(-COOH,-OH及其他含氧基團)而基底具有高疏水性的兩性物質,當多肽與GO孵育時,多肽的芳環和其他疏水性殘基與GO的疏水性基底堆積,同時二者部分殘基之間也會存在靜電作用,這樣多肽組裝在GO上形成了多肽型氧化...