石墨烯在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用具有巨大潛力，石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性，可以用于制備醫(yī)用材料，如人工關(guān)節(jié)、骨修復(fù)材料、人工心臟瓣膜等。石墨烯可以作為藥物載體，通過其大表面積和高載藥能力，可以有效地將藥物載運到靶細(xì)胞或組織，提高藥物的生物利用度和療效，用于治療癌癥、炎癥等疾病。石墨烯具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特性，可以用于制備生物傳感器，用于檢測生物分子、細(xì)胞、蛋白質(zhì)等，有助于早期疾病診斷和監(jiān)測。石墨烯可以用于制備醫(yī)療設(shè)備，如醫(yī)用電極、心臟起搏器、神經(jīng)電刺激器等，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和生物相容性，有助于提高設(shè)備的性能和安全性。石墨烯可以促進(jìn)傷口愈合，具有抗菌、抗炎和促進(jìn)細(xì)胞生長的作用，可以用于制備敷料、藥膏等，加速傷口愈合過程。
石墨烯在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用具有可觀的前景，可以為醫(yī)療器械、藥物傳遞、生物傳感器等領(lǐng)域帶來創(chuàng)新和突破，提高醫(yī)療水平和治療效果。盡管石墨烯在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，但其安全性和生物相容性仍然是需要重點關(guān)注和研究的方面。在將石墨烯應(yīng)用于醫(yī)療器械、藥物傳遞、生物傳感器等領(lǐng)域之前，需要進(jìn)行充分的安全性評估和生物相容性測試，確保其對人體沒有毒性和副作用。
石墨烯的改性方法，包括有以下步驟：
步驟（1），制備氧化石墨烯；
氧化石墨烯（GO）的制備方法一般分為：Brodie法，Standenmaier法，電化學(xué)法以及Hummers法，目前大多采用Hummers法經(jīng)強(qiáng)酸氧化制備而成，GO表面具有大量的含氧基團(tuán)，具有良好的親水性能和較大的比表面積，能夠用來強(qiáng)化材料的親水性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也可以在水中和其他溶劑形成懸浮液，易于與有機(jī)小分子物質(zhì)、聚合物等通過共價或者非共價的方式相互作用形成改性的氧化石墨烯。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的前體，在藥物傳遞，生物傳感，細(xì)胞成像和抗菌表面等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛力。
氧化石墨烯在生物體中含有一定的毒性，因此想要使氧化石墨烯應(yīng)用于生物體內(nèi)，就必須對氧化石墨烯的生物相容性進(jìn)行改善。評價一種材料的生物相容性要遵循生物安全性和生物功能性兩個原則，既要保證該材料在生物體內(nèi)沒有毒性，又要使生物材料在特定的環(huán)境中發(fā)揮出其特有的潛在功能。
步驟（2），氧化石墨烯改性為L-半胱氨酸對氧化石墨烯
使用L-半胱氨酸作為還原劑，對氧化石墨烯（GO）進(jìn)行表面改性，還原GO為L-半胱氨酸對氧化石墨烯，其原理是利用L-半胱氨酸中的硫醇基團(tuán)與GO中游離的羥基和羧基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無毒和無害的產(chǎn)物水分子。
L-半胱氨酸作為一種常見的氨基酸，其表面含有氨基，而GO中含有羰基，L-半胱氨酸中的氨基會與GO中的羰基進(jìn)行縮合反應(yīng)。
首先取30mg/ml的氧化石墨烯（GO）5ml配置成氧化石墨烯（GO）稀溶液，超聲30min。取定量氫氧化鈉，配置成50ml的0.2mol/L的氫氧化鈉溶液。稱取0.28g的L-半胱氨酸，溶解于50ml0.2mol/L的氫氧化鈉溶液中，待L-半胱氨酸顆粒溶解后，將超聲后的氧化石墨烯（GO）溶液引入，加熱至55℃，進(jìn)行72h的快速攪拌。72h后對制備的L-半胱氨酸對氧化石墨烯（L-GO）進(jìn)行高速離心，用去離子水進(jìn)行洗滌去除溶液中的少許雜質(zhì)。
L-半胱氨酸為生物體中一種常見的氨基酸，為含硫α-氨基酸的一種，這種L-半胱氨酸又稱半胱氨酸，是一種人體非必需氨基酸，是蛋白質(zhì)的組成單位，是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)；L-半胱氨酸與胱氨酸關(guān)系密切，兩分子的半胱氨酸組成一分子胱氨酸，這兩種都是含硫的氨基酸，對皮膚的形成與解毒有重要作用。
L-半胱氨酸在生物體內(nèi)有抱合作用，對范圍廣泛的毒物具有清毒解毒作用，如甲醛、乙醛、酒精、氯仿等；L-半胱氨酸是蛋白質(zhì)肽鏈中的α-氨基酸，能與蛋白質(zhì)相互作用形成巰-巰橋鍵，將肽鏈連接起來，使蛋白質(zhì)具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，L-半胱氨酸含量越高蛋白質(zhì)會越堅硬；L-半胱氨酸在皮膚蛋白的角蛋白生成中維持重要的巰基酶的活性，并且維持皮膚正常的代謝，可治療廣泛的皮膚病，如蕁麻疹、濕疹、藥疹等。
由于L-半胱氨酸分子中具有活潑的巰基，具有很多重要的生理功能，如增強(qiáng)肝功能、解除苯中毒、防止食品氧化等，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化妝品等方面。
L-半胱氨酸作為一種常見氨基酸，可改性氧化石墨烯降低毒性，提高生物相容性，可在體內(nèi)進(jìn)行新陳代謝，有利于細(xì)胞的黏附及生長。
使用L-半胱氨酸對氧化石墨烯（GO）進(jìn)行表面改性后，通過FTIR表征L-半胱氨酸及氧化石墨烯，來判定氧化石墨烯（GO）是否改性成功。
將GO與L-GO的紅外進(jìn)行比較可以清晰地發(fā)現(xiàn)，GO在3300cm-1附近觀察到吸收峰O-H伸縮振動，C=O在1724cm-1處來自羧基，C-O烷氧基在1060cm-1，C-O-C環(huán)氧基團(tuán)在1220cm-1，C=C在1620cm-1處來自芳族結(jié)構(gòu)的振動。而L-GO在這幾處都不存在明顯的吸收峰，說明L-半胱氨酸成功的與GO表面的基團(tuán)進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)。
步驟（3）L-半胱氨酸對氧化石墨烯的細(xì)胞毒性與相容性實驗
通過細(xì)胞毒性分析能更宏觀的表現(xiàn)出改性前后石墨烯的細(xì)胞毒性，通過對死活細(xì)胞進(jìn)行熒光染色，使用共聚焦顯微鏡來拍攝照片。圖4所示為經(jīng)過細(xì)胞培養(yǎng)皿培養(yǎng)出來的細(xì)胞，圖4a為經(jīng)過CMCS/CMC凝膠海綿的浸出液培養(yǎng)出的細(xì)胞，可以看出染色后都是綠色細(xì)胞，為活細(xì)胞，說明該凝膠海綿具有無毒性。圖4b為經(jīng)過CMCS-CMC/GO凝膠海綿的浸出液培養(yǎng)出來的細(xì)胞，可以看出綠色細(xì)胞明顯大幅度減少，黃細(xì)胞明顯增多（死細(xì)胞），說明該凝膠海綿具有相應(yīng)的毒性。圖4c為經(jīng)過CMCS-CMC/L-GO凝膠海綿的浸出液培養(yǎng)出來的細(xì)胞，與圖4b相比綠色細(xì)胞有明顯上升，黃色細(xì)胞有降低趨勢，這說明該凝膠海綿的細(xì)胞毒性要弱于圖4b組。這組死活細(xì)胞實驗直接證明了L-半胱氨酸改性后的凝膠海綿的生物相容性要有所增強(qiáng)，L-半胱氨酸對GO的改性是成功的。
通過細(xì)胞死活實驗來觀察L-GO與GO的毒性大小，由細(xì)胞增殖曲線可以看出L-GO/CMCS凝膠海綿的生物相容性要遠(yuǎn)高于CMCS/GO凝膠海綿，進(jìn)而說明L-半胱氨酸對GO的改性降低了GO的毒性，提升了生物相容性。
步驟（4）L-半胱氨酸對氧化石墨烯的抗菌性實驗；
本實驗的革蘭氏陽性測試菌種選用的是金黃色葡萄球菌Staphylococcusaureus，革蘭氏陰性測試菌種采用的是大腸桿菌Escherichiacoli。通過抑菌環(huán)實驗測得各樣品的抑菌環(huán)直徑后對其進(jìn)行細(xì)菌定量計數(shù)實驗，并通過不同時間段的OD值繪制生長曲線。圖5所示，a和b分別是大腸桿菌培養(yǎng)皿和金黃色葡萄球菌培養(yǎng)皿，而c和d分別代表大腸桿菌OD值和金黃色葡萄球菌OD值。OD值越大，透光率越小，細(xì)菌越多。c圖和d圖顯示了三組凝膠海綿和一組對照實驗的OD值，可以看到在最開始的一天時間內(nèi)，四組實驗測試的OD值均呈上升趨勢，而CMCS/CMC凝膠海綿實驗的OD值最高，空白對照次之，這表明在開始的一天內(nèi)，四組實驗的抗菌效果都很弱，但是CMCS/GO海綿和L-GO/CMCS海綿的抗菌效果相比于其他兩組較強(qiáng)。在第二天至第五天，CMCS/CMC凝膠海綿和空白對照實驗的OD值仍然上升，細(xì)菌持續(xù)增長，但是在ｃ圖大腸桿菌的實驗中，CMCS/GO海綿與L-GO/CMCS海綿第一天與第二天的區(qū)間里細(xì)菌數(shù)量上升減緩，而從第二天以后OD值下降，第五天均降至0.5附近，表明這兩組海綿的抗菌作用顯著。在d圖金黃色葡萄球菌的實驗中，從第一天以后CMCS/CMC和L-GO/CMCS凝膠海綿的OD值均極速下降至0.5附近，這表明這兩組海綿具有優(yōu)異的抗菌性能，與另外兩組形成鮮明反差，且L-半胱氨酸對GO的改性并沒有破壞GO原有的抗菌性。
大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌實驗驗證了CMCS/CMC凝膠海綿、CMCS/GO凝膠海綿和L-GO/CMCS凝膠海綿的抗菌性，通過OD曲線可以看出GO與L-GO均具有優(yōu)異的抗菌性，且L-半胱氨酸改性GO后不會破壞其抗菌結(jié)構(gòu)。
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