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廣東鴻凱智能科技有限公司 2018-07-18 點擊1445次
石墨烯由于其優(yōu)異的力學(xué)、光電性能和高的比表面積，在組織工程、藥物傳遞、生物成像等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。在生物良性條件下簡單地進行石墨烯的大規(guī)模制備是這些生物應(yīng)用的首要條件。目前，研究者們通過液相剪切剝離石墨的方法成功進行了石墨烯的規(guī)模化生產(chǎn)。并且一些生物大分子如蛋白質(zhì)、多肽等已被成功用于制備石墨烯分散體系，但是這些生物分子的稀有來源和昂貴的價格限制了石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)。因此如何通過簡單、經(jīng)濟的方法制備石墨烯并且得到較高的濃度和產(chǎn)量需要進一步研究。
??為了提高剝離體系的優(yōu)越性，呂強教授團隊通過對絲蛋白納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計，引入絲蛋白納米纖維作為石墨烯剝離的穩(wěn)定劑，制備了濃度可達8mg mL-1的石墨烯分散液。同時由于絲蛋白納米纖維的高負(fù)電性以及良好的生物相容性，使石墨烯分散液保持長時間穩(wěn)定性以及低的細胞毒性。圖1展示了用絲蛋白納米纖維（SNFs）剝離石墨烯的示意圖。在液相環(huán)境下，高速剪切作用將石墨剪切成石墨烯片層，絲蛋白納米纖維通過疏水作用附著在石墨烯表面，高的負(fù)電性使得分散體系保持穩(wěn)定而不聚集。并且，高速離心可去除大部分絲蛋白納米纖維，得到純的石墨烯分散液。
圖1. 用絲蛋白納米纖維剝離石墨烯的制備流程
該團隊進一步優(yōu)化了不同條件（SNF濃度、石墨濃度、溶液體積、剝離時間以及攪拌速率）以得到高濃度的穩(wěn)定分散的液相石墨烯(圖2)。 最終在石墨濃度20 mg mL-1, SNF 5 mg mL-1，剝離時間1 h，攪拌速率45 krpm的條件下得到了濃度大于8 mg mL-1、產(chǎn)率大于30%的石墨烯分散液，為大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯提供了有希望的途徑。
圖2. 石墨烯濃度與不同影響因素之間的關(guān)系：（A）絲蛋白納米線的濃度（B）石墨的濃度（C）轉(zhuǎn)速（D）剝離時間（E）體積
圖3.石墨烯片層微觀形態(tài)的分析：(A)石墨烯的TEM圖像；(B)石墨烯片層橫向尺寸的統(tǒng)計；（C）石墨烯的AFM圖像；（D）石墨烯片層的高度統(tǒng)計
??接下來，研究團隊通過TEM和AFM表征了石墨烯的微觀形態(tài)（圖3）。石墨烯的橫向尺寸在100-800 nm分布，高度在1-4 nm，為少層的石墨烯。
圖4. (A)與石墨烯共培養(yǎng)24h后的細胞熒光圖像，標(biāo)尺=150μm；(B)細胞與石墨烯共培養(yǎng)24h的CCK-8結(jié)果；（C）石墨烯涂覆的紙的截面和表面SEM圖像；（D）通過發(fā)光二極管驗證的石墨烯的導(dǎo)電性
??優(yōu)質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)，生物友好的制備方式以及低缺陷的的少層結(jié)構(gòu)使得石墨烯在生物醫(yī)學(xué)中具有良好的應(yīng)用前景。結(jié)合絲蛋白納米纖維優(yōu)異的生物相容性，該研究用石墨烯分散液培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs），評價體外細胞相容性。CCK-8測試結(jié)果表明，在與石墨烯共培養(yǎng)24h之后，細胞仍保持良好的活性（80%）。該團隊制備的石墨烯的導(dǎo)電性為 1100 S m ?1 ，以及通過發(fā)光二極管、電池、石墨烯涂覆紙驗證了它的高導(dǎo)電性。
??以上相關(guān)成果發(fā)表在ACS Appl.Mater.Interfaces(DOI:10.1021/acsami.8b04777)上。論文的第一作者為蘇州大學(xué)紡織學(xué)院碩士研究生生張筱旖，通訊作者為蘇州大學(xué)的呂強教授。