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雖然硬件、軟件和各種設(shè)計機制對3D打印至關(guān)重要，但材料科學(xué)是這項先進技術(shù)的核心，并日益成為主流。使用金屬和碳纖維進行3D打印現(xiàn)在特別受歡迎，并且變得越來越便宜與為每個人所接受，而這最初僅限于擁有更多財政資源和研究能力的工業(yè)公司。石墨烯，有時被稱為“半金屬”，由于其超輕的重量和令人難以置信的強度而被吹捧為充滿神奇功能的材料——甚至遠遠超過鉆石與鋼鐵。這種材料是否也可以變?yōu)橹髁?？如果是，這會是一件好事嗎？

日前，來自印度的兩位研究人員發(fā)表了《石墨烯綜合應(yīng)用：生物醫(yī)學(xué)關(guān)注的重點》的研究論文，探討了石墨烯在3D打印中的應(yīng)用，以及暴露于細胞時可能產(chǎn)生的潛在毒性。石墨烯的獨特之處在于它是一種2D結(jié)構(gòu)，具有令人難以置信的強度、剛性和令人興奮的品質(zhì)，如導(dǎo)電性。但在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，比如創(chuàng)建支架以促進活細胞生長或用于藥物遞送、生物成像、甚至生物傳感時，人們又對其安全性感到擔(dān)憂。

這種獨特材料的合成通過自上而下或自下而上的方法進行，分別使用化學(xué)燒蝕、電化學(xué)氧化或等離子體處理——或者用相當(dāng)大的石墨烯片向上構(gòu)建。正如印度這兩位科學(xué)家指出的那樣，氧化石墨烯（GO）被認(rèn)為是生物醫(yī)學(xué)用途中最柔韌的，與氧化程度較低的RGO一樣，兩者都具有更好的水溶性。

“石墨烯穩(wěn)定分散體的制備由于其疏水性，仍然是一個尚未解決的問題，”研究人員說，“這可以通過幾個小時的超聲波處理石墨烯懸浮液來實現(xiàn)，也可以通過使用表面活性劑或聚合物來實現(xiàn)。”

隨著時間的推移，研究人員對各種溶劑進行了研究，但這再次提高了毒性的可能性，這就是為什么現(xiàn)在有一種更環(huán)保、更純粹的方法來制造優(yōu)質(zhì)石墨烯片的趨勢，例如那些采用高速剪切混合技術(shù)的石墨烯，而不需要可能有毒的化學(xué)品的方法。繼續(xù)研究在這一領(lǐng)域是重要的，因為石墨烯在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有難以置信的潛力，同樣適用于藥物傳遞，包括基因和蛋白質(zhì)，以及作為生物傳感器的石墨烯底物、抗微生物劑和組織工程。

“支持其臨床應(yīng)用的GO的壓倒性特性是兩親性，表面官能度，熒光猝滅能力和表面增強拉曼散射性質(zhì)。石墨烯缺陷部位的疏水性，大比表面積，波紋和晶界是考慮其生物醫(yī)學(xué)用途的重要因素?！毖芯啃〗M表示。

隨著這項研究/審查，科學(xué)家們也意識到3D打印和石墨烯以互補的方式非常適合彼此，石墨烯也致力于增強聚合物材料（特別是在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中），因此經(jīng)常在這種不斷發(fā)展的技術(shù)中使用：

“……在3D打印的幫助下，可以調(diào)整一系列生物材料，以獲得復(fù)雜組織工程應(yīng)用所需的特性和多種功能，以及制造適合手術(shù)的結(jié)構(gòu)?！?/span>

然而，石墨烯如何與生物結(jié)構(gòu)混合仍然存在很大的擔(dān)憂，研究人員列出了許多可能對相互作用產(chǎn)生影響的因素，包括：

·細胞的大小和形狀

·橫向尺寸

·表面化學(xué)

·雜質(zhì)

·凝聚

“石墨烯與細胞膜之間的物理相互作用被認(rèn)為是石墨烯誘導(dǎo)毒性的主要機制，”研究人員表示?！笆┢募怃J邊緣會對細胞膜造成損傷，導(dǎo)致細胞內(nèi)容物的泄漏。此外，GO和RGO都會在哺乳動物細胞中誘導(dǎo)細胞毒性、氧化應(yīng)激和DNA損傷。”

雖然研究人員看到石墨烯在許多不同應(yīng)用中的光明前景，包括生物醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用，但在科學(xué)家和醫(yī)學(xué)專業(yè)人員試圖幫助克服對人類毒性的問題上，仍然存在明顯的和主要的障礙。

“歐洲新興和新發(fā)現(xiàn)的健康風(fēng)險科學(xué)委員會將石墨烯列入危險材料清單。考慮到石墨烯的毒性潛力，仍有許多空白需要填補。在評估毒性時，應(yīng)考慮所有物理化學(xué)參數(shù)，包括尺寸、形狀、附聚、層厚度、橫向尺寸和原子組成等。從生物學(xué)的角度來看，應(yīng)徹底調(diào)查濃度、持續(xù)時間、接觸途徑和雜質(zhì)的影響?！闭撐淖髡哒f。

“總之，石墨烯有望為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供令人興奮的納米平臺，但仍有許多問題需要解決。建議對石墨烯衍生物進行廣泛的安全性評估或驗證，然后再考慮將其用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用或臨床應(yīng)用。”

藥物和基因傳遞應(yīng)用。 a）阿霉素用胺-聚乙二醇功能化GO.b）用PEI結(jié)合的GO作為基因沉默技術(shù)(RISC-RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物)進行siRNA的傳遞和mRNA的降解。