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(guò)其大表面積和高載藥能力，可以有效地將藥物載運(yùn)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(cè)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(cè)。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(zhǎng)的作用，可以用于制備敷料、藥膏等，加速傷口愈合過(guò)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(lái)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(diǎn)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(píng)估和生物相容性測(cè)試，確保其對(duì)人體沒(méi)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(lái)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(guò)共價(jià)或者非共價(jià)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(duì)氧化石墨烯的生物相容性進(jìn)行改善。評(píng)價(jià)一種材料的生物相容性要遵循生物安全性和生物功能性?xún)蓚€(gè)原則，既要保證該材料在生物體內(nèi)沒(méi)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(zhǎng)-半胱氨酸對(duì)氧化石墨烯
使用L-半胱氨酸作為還原劑，對(duì)氧化石墨烯（GO）進(jìn)行表面改性，還原GO為L(zhǎng)-半胱氨酸對(duì)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(wú)毒和無(wú)害的產(chǎn)物水分子。
L-半胱氨酸作為一種常見(jiàn)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(huì)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(chēng)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(duì)制備的L-半胱氨酸對(duì)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(jiàn)的氨基酸，為含硫α-氨基酸的一種，這種L-半胱氨酸又稱(chēng)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(duì)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(duì)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(lái)，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(huì)越堅(jiān)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(jiàn)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(zhǎng)。
使用L-半胱氨酸對(duì)氧化石墨烯（GO）進(jìn)行表面改性后，通過(guò)FTIR表征L-半胱氨酸及氧化石墨烯，來(lái)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(dòng)，C=O在1724cm-1處來(lái)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(lái)自芳族結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。而L-GO在這幾處都不存在明顯的吸收峰，說(shuō)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(duì)氧化石墨烯的細(xì)胞毒性與相容性實(shí)驗(yàn)
通過(guò)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(guò)對(duì)死活細(xì)胞進(jìn)行熒光染色，使用共聚焦顯微鏡來(lái)拍攝照片。圖4所示為經(jīng)過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)皿培養(yǎng)出來(lái)的細(xì)胞，圖4a為經(jīng)過(guò)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(shuō)明該凝膠海綿具有無(wú)毒性。圖4b為經(jīng)過(guò)CMCS-CMC/GO凝膠海綿的浸出液培養(yǎng)出來(lái)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(shuō)明該凝膠海綿具有相應(yīng)的毒性。圖4c為經(jīng)過(guò)CMCS-CMC/L-GO凝膠海綿的浸出液培養(yǎng)出來(lái)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(shì)，這說(shuō)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(shí)驗(yàn)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(duì)GO的改性是成功的。
通過(guò)細(xì)胞死活實(shí)驗(yàn)來(lái)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(shuō)明L-半胱氨酸對(duì)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(duì)氧化石墨烯的抗菌性實(shí)驗(yàn)；
本實(shí)驗(yàn)的革蘭氏陽(yáng)性測(cè)試菌種選用的是金黃色葡萄球菌Staphylococcusaureus，革蘭氏陰性測(cè)試菌種采用的是大腸桿菌Escherichiacoli。通過(guò)抑菌環(huán)實(shí)驗(yàn)測(cè)得各樣品的抑菌環(huán)直徑后對(duì)其進(jìn)行細(xì)菌定量計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)不同時(shí)間段的OD值繪制生長(zhǎng)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(duì)照實(shí)驗(yàn)的OD值，可以看到在最開(kāi)始的一天時(shí)間內(nèi)，四組實(shí)驗(yàn)測(cè)試的OD值均呈上升趨勢(shì)，而CMCS/CMC凝膠海綿實(shí)驗(yàn)的OD值最高，空白對(duì)照次之，這表明在開(kāi)始的一天內(nèi)，四組實(shí)驗(yàn)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(duì)照實(shí)驗(yàn)的OD值仍然上升，細(xì)菌持續(xù)增長(zhǎng)，但是在ｃ圖大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)GO的改性并沒(méi)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guò)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(huì)破壞其抗菌結(jié)構(gòu)。
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