石墨烯及氧化石墨烯在蛋白质检测中的应用

石墨烯应用领域有哪些？纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。

其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。

其中石墨烯都可以应用在哪些领域呢？纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。

本文主要介绍一下石墨烯的应用领域。

纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

那么下面我们来看一下，石墨烯应用领域有哪些？微电子：微电子技术是高科技和信息产业的核心技术。

微电子产业是基础性产业，之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。

随着集成电路技术的·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、发展，使整机、电路与元件、器件之间的明确界限被突跛，器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起，体现在一小块硅片上，这就形成了固体物理、器件工艺与电子学三者交叉的新技术学科一微电子学。

但是随着微电子学的发展，新的极限也显现出来，石墨烯新材料为解决这个极限提供了可能性，并且石墨烯芯片已经制造了出来，唯一需要突破的就是工业化，只要这个问题得到解决就会迎来计算机新的技术革命。

电子导线：美国一联合研究小组称，他们在利用石墨烯制造纳米电路领域获得了突破：设计出了简便、快速的纳米电线制造方法，能够调谐石墨烯的化学特征，使氧化石墨烯从绝缘物质变成导电物质。

这被认定为石墨烯电子学领域的一项重要发现，相关研究报告发表在6月11日出版的《科学》杂志上。

氧化石墨烯的制备与应用氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种衍生物，是一种具有广泛应用前景的重要材料。

GO与石墨烯相比具有更好的可加工性和溶解性，同时在某些方面也具有与石墨烯相似的性质。

本文将介绍氧化石墨烯的制备方法及其应用前景。

一、制备方法GO的制备方法有多种，以下列举几种比较常用的制备方法。

1. Hummers法：这种方法是制备GO的最早方法之一。

其原理是将石墨粉末与硝酸和氯酸混合后加入硝酸钾和硫酸的混合物中，然后在加热的条件下进行氧化反应。

该方法得到的GO质量较高，但制备过程中需注意安全，因为混合酸对人体有危害。

2. Brodie法：该方法是将石墨粉末与硝酸和硫酸混合后进行反应，与Hummers法相比，Brodie法制备过程更为简单，但其得到的GO质量较低。

3. 化学还原法：化学还原法是通过化学反应将GO还原为石墨烯。

在该方法中，可以通过添加还原剂（如氢气、还原糖或还原性认知剂）来将GO还原为石墨烯。

二、应用前景氧化石墨烯在许多领域都具备广泛的应用前景，以下介绍其中的几个方面。

1. 能源氧化石墨烯在太阳能电池中具有明显的应用前景。

正好与太阳能电池相反，在太阳能电池中，石墨烯具有较高的灵活性和导电性，能够有效地促进光电转化效率。

另外，由于GO的表面含有许多氧化基团，这些基团使得GO具有较高的电化学活性，可用于制备高性能的电容器和锂离子电池。

2. 生物医学GO在生物医学领域的应用也日益受到关注。

GO的高比表面积使得其能吸附大量的生物分子，从而被用作生物传感器、DNA分离和纳米药物载体。

此外，GO与许多生物分子有较好的相容性，可以用于制备高效的药物传递系统。

3. 环境保护GO在环境保护领域的应用主要是通过吸附和过滤来去除废水和废气中的有害物质。

GO的高度层次化结构使得其具有良好的吸附能力，可以高效去除水中的重金属和有机物污染物。

除此之外，GO还可以用于制备高性能阻燃材料，具有广泛的应用前景。

总之，GO是一种高性能的新型材料，具有广泛的应用前景。

石墨烯在医药中的应用石墨烯在医药中的应用引言：石墨烯是一种由连续的碳原子形成的单层薄片材料，具有出色的导电性、热导性和机械性能。

它的发现引起了全球范围内的关注，并在各个领域展示出巨大潜力。

在医药领域，石墨烯的广泛应用为疾病治疗、生物传感和医疗器械等方面带来了革命性的变革。

本文将从多个角度探讨石墨烯在医药中的应用。

第一部分：石墨烯在药物传递中的应用首先，石墨烯作为一种载体材料，可以有效地用于药物传递系统。

由于其高比表面积和强大的载药能力，石墨烯可以用来包装药物，并将其精确地送达到特定的细胞或组织。

此外，石墨烯还可以通过调整其表面性质来实现药物的缓慢释放，从而延长药物的作用时间并提高疗效。

第二部分：石墨烯在诊断中的应用其次，石墨烯在医学诊断中的应用也引起了人们的关注。

由于其超高的灵敏性和特殊的光学特性，石墨烯可以用于生物传感器和成像技术。

例如，将石墨烯与特定的分子结合，可以构建出高灵敏度的传感器，用于检测生物标志物的存在和浓度变化。

此外，石墨烯还可以用于各种成像技术，如磁共振成像和光学成像，以提供更准确的诊断结果。

第三部分：石墨烯在组织工程中的应用另外，石墨烯在组织工程领域也具有巨大的潜力。

由于其良好的生物相容性和导电性能，石墨烯可以用于构建仿生组织和器官。

研究人员已经成功地利用石墨烯来制作人工皮肤、人工骨骼和人工器官等。

这些石墨烯基的仿生组织不仅具有良好的生物相容性和机械性能，还可以实现与生物组织的良好耦合，提高治疗效果。

总结和回顾性内容：通过对石墨烯在医药中的应用进行深入探讨，我们可以看到石墨烯在药物传递、诊断和组织工程等方面的巨大潜力。

作为一种具有独特性能的材料，石墨烯为医药领域的创新提供了新的思路和方法。

然而，尽管石墨烯在理论上表现出很多优异特性，但其在实际应用中仍面临着许多挑战，如制备工艺、生物相容性和安全性等方面的问题。

因此，进一步的研究和探索对于实现石墨烯在医药领域的商业化应用至关重要。

石墨烯在生物医学中的应用随着科技的不断进步，石墨烯作为一种新型材料，近年来引起了科学家们的广泛关注。

它的出现，不仅使得电子学、光电子学、能源领域等取得了重大突破，而且还为生物医学领域的研究提供了新思路。

本文将主要探讨石墨烯在生物医学中的应用。

一、石墨烯在医学图像方面的应用石墨烯具有高度的透明度和良好的电导性，使得它在医学图像方面得到广泛应用。

其导电性不仅可以用来制作高清晰度、灵敏度更高的电子设备，还可以用于制作更加精密的医疗成像设备，如磁共振成像（MRI）和X射线成像（CT），从而提高诊断效率。

同时，石墨烯还可以被用于光学成像。

由于石墨烯具有极高的吸光性，因此可以用于制作光学薄膜，这可能会将光学成像带入一个全新的高峰。

在肿瘤治疗等领域，通过光学成像可以实现更为精准的目标治疗，大大提高患者的治疗效果和生存率。

二、石墨烯在药物传递方面的应用传统的药物传递方式往往存在很多局限性，如生物不稳定性、纳米颗粒毒性、免疫反应等等。

而石墨烯作为一种极具生物兼容性的材料可以用于解决这些问题。

一方面，石墨烯可以作为一种载体，将药物负载到石墨烯基质中，以达到更好的药物释放效果。

另一方面，石墨烯可以通过其独特的血脑屏障通透性，在治疗中极其有用。

因此，石墨烯可能成为一种有效的新型药物传递系统，改变当前药物传递技术的局限性。

三、石墨烯在医疗器械方面的应用石墨烯可以增强各种医疗器械的特性，包括手术工具、外科手术植入物、人工器官等。

石墨烯材料非常强劲，所以可以制造出更坚固的医疗器械，同时石墨烯还具有抗菌、抗氧化和生物相容性等特性，这使得石墨烯材料非常适合用于医疗器械领域。

四、石墨烯在细胞工程和组织再生方面的应用细胞工程和组织工程是生物医学领域的前沿科技之一，石墨烯作为一种新型材料也可以被应用到这些领域。

通过将石墨烯材料应用于细胞工程和组织再生领域，可以创造新的模型，从而更好地研究和理解生物学和物理学之间的交互作用。

此外，石墨烯还能够促进细胞生长和减少细胞死亡，从而促进人体细胞的自我修复和再生。

氧化石墨烯和银纳米簇在生物传感中的应用近年来，纳米技术的飞速发展为生物、医药、材料、化工等领域开辟了新的认知方向和研究内容。

纳米材料与生物传感的相结合，发展新型检测原理、传感机制和检测装置，己形成纳米生物传感的新领域，并极大的促进了分析化学的发展，成为了广大分析化学工作者研究的热点之一。

纳米材料由于其结构单元的尺寸介于1-100nm范围之间的所具备的纳米尺度效应，能够具备一些特殊的性质包括表面效应､量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等，利用这些性质可帮助构建高灵敏和能够实现快速分析的生物传感器。

目前，各种纳米材料包括量子点、碳材料、桂材料、金属纳米簇、上转换材料等被广泛应用于传感器的构建。

随着纳米材料的发展以及分析化学对灵敏度和操作简易程度要求的不断増高，越来越多功能的纳米材料将会被应用到生物传感检测中｡1.氧化石墨烯在生物传感中的应用氧化石墨烯，作为一种单原子厚度的二维纳米片材料,通过化学剥离氧化石墨得到，由于其具有很好的水溶性、表面易于功能以及优异的荧光淬灭性能，在生物传感领域己成为最具潜力以及应用最为广泛的纳米材料[1]。

氧化石墨烯表面能够与单链DNA中暴露的碱基通过强烈的π-π堆叠而让其吸附在石墨烯表面，而双链螺旋结构DNA由于其碱基有效隐藏而吸附能力较弱。

因此，当荧光标记的单链DNA探针吸附在氧化石墨烯表面后，加入与其互补的目标单链DNA能够与其杂交形成刚性的双链结构而脱附于氧化石墨烯表面，从而得到荧光的恢复。

基于此性质，He等人[2]利用不同染料修饰的单链，并将它们同时吸附在氧化石墨烯上，实现了不同目标序列的多色分析检测｡为了改善分析灵敏度，结合核酸放大技术，Cui等人利用DnaseI酶对荧光修饰的miRNA互补序列与目标mRNA杂交的双链DNA的循环剪切作用，实现了miRNA的灵敏多色检测。

由于目标物与其适配体的结合能够使适配体发生构象变化，利用适配体在氧化石墨烯表面结合目标物前后的构象不同，He等人[3]利用适配体分子信标和氧化石墨烯构建了低背景的ATP检测平台。

石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。

自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。

然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。

因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。

功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。

改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。

通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。

氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。

还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。

官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。

这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。

共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。

经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。

在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。

在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。

在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。

功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。

尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。

功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。

石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。

石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。

本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。

通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。

石墨烯和氧化石墨烯拉曼光谱
石墨烯和氧化石墨烯是两种不同形态的碳材料。

拉曼光谱是一种常用的表征材料结构和化学成分的技术手段之一。

石墨烯具有单层碳原子组成，呈现出六角晶格结构。

其拉曼光谱通常呈现出两个主要的峰位，即G峰和2D峰。

G峰对应于石墨烯晶格振动模式，其位置约在1600 cm-1处。

2D峰则对应于石墨烯中的双光子过程，位置在2700 cm-1附近。

通过分析这些峰位的形状、位置和强度，可以确定石墨烯的层数、缺陷情况以及其它结构信息。

而氧化石墨烯是石墨烯在氧化处理后形成的产物，具有部分或完全被氧原子包覆的结构。

相比于石墨烯，氧化石墨烯的拉曼光谱会发生一些变化。

主要的观察特征是在G峰和2D峰附近会出现一个称为D峰的新峰位，对应于碳材料的缺陷和杂质。

此外，氧化石墨烯的G峰位置可能发生变化，并且2D峰有可能出现分裂。

综上所述，通过拉曼光谱可以对石墨烯和氧化石墨烯进行表征和区分，提供了关于它们晶格结构、层数、缺陷情况等方面的信息。

这些信息对于研究和应用这些碳材料具有重要意义。

氧化石墨烯保护的核酸分子探针及其在生物分析中的应用崔亮;张薇婷;林晖;朱志;杨朝勇【摘要】近年来,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)作为石墨烯的一类重要衍生物越来越受到人们的广泛关注.科学家们发现GO具有吸附单链核酸并保护其不受核酸酶降解的能力,该特性引发GO在生物分析领域一系列新的应用:一方面,基于GO 能够保护RNA免受环境中普遍存在的核酸酶攻击,发展了稳定RNA探针分子的方法并用于特定目标物的检测、富集及分离;另一方面,基于单链核酸的吸附使其具有抗酶切能力,而形成双链核酸后脱吸附使其失去抗酶切能力,发展了循环酶切放大方法,并用于一系列分析物的高灵敏检测中.此外,功能核酸分子吸附于GO表面后,将具有较高的细胞转染效率、较低的细胞毒性以及较强的生物稳定性,从而被广泛应用于细胞内特定基因及代谢物的检测、成像等.在本篇综述中,首先介绍了GO对单链核酸的保护效果,在此基础上,进一步阐述受保护的单链核酸在生物分析领域的一系列应用.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(053)005【总页数】10页(P611-620)【关键词】核酸探针;抗酶切能力;氧化石墨烯;信号放大;核酸适体【作者】崔亮;张薇婷;林晖;朱志;杨朝勇【作者单位】厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,谱学分析与仪器教育部重点实验室,福建厦门 361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,谱学分析与仪器教育部重点实验室,福建厦门 361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,谱学分析与仪器教育部重点实验室,福建厦门 361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,谱学分析与仪器教育部重点实验室,福建厦门 361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,谱学分析与仪器教育部重点实验室,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】O65石墨烯(graphene)是由碳原子以sp2杂化轨道形成六角型蜂巢晶格的平面薄膜[1-2],得益于石墨烯独特的物理、化学及结构性能,石墨烯及其衍生物已被广泛应用于各种领域,包括电子学、材料科学、能源技术、催化科学等[3-5]．作为石墨烯的一种衍生物,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是通过对石墨烯氧化加工而成,具有水溶性好、表面易于修饰等特性,因而在生物分析领域得到了广泛的应用[6],其中一个代表性应用就是利用核酸分子探针与GO的相互作用实现一系列生物分析．自2009年,第一篇报道关于DNA分子探针结合GO用于高灵敏检测DNA和蛋白质[7]以来,GO已经发展为一个通用分析平台用于核酸、蛋白质、核酸酶、小分子及金属离子的检测[8-10]．除此之外,核酸与GO相互作用带来的新的效应,如吸附于GO表面的核酸能够抵抗核酸酶的降解,也被证明并得到了新的应用[11]．在本文里,我们综述了科学家们对GO保护核酸抵抗核酸酶降解的研究及在此研究基础上展开的一系列应用[12]．1 GO对核酸的吸附、保护性能及机理探讨图1 荧光标记的ssDNA用于核酸(A)[7]、蛋白质(B)[13]及小分子(C)[14]的检测原理Fig.1 Fluorophore-labeled ssDNA probes for detection of nucleic acid(A)[7],protein (B)[13] and small molecule (C)[14]2009年,Yang等[7]报道了荧光标记的单链DNA(single strand DNA,ssDNA)探针能够吸附于GO表面,同时荧光信号被淬灭;当与ssDNA完全互补的目标DNA(complementary DNA,cDNA)出现以后,2条链互补结合形成刚性的双链结构，能够脱离GO表面,被淬灭的荧光信号得到恢复,从而实现对目标DNA的检测(图1(A))．除此以外,当核酸适体(aptamer)与相对应的目标物如蛋白质(图1(B))[13]、小分子(图1(C))[14]结合以后,单链的核酸适体形成了稳定的二级或三级结构,同样能够脱离GO表面,从而利用单荧光标记的核酸适体探针对相对应的目标物进行检测．Fan等[15]研究了GO对ssDNA的吸附作用机理,他们使用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟研究了ssDNA及双链DNA(double strand DNA,dsDNA)在GO表面的作用图谱．通过π-π共价键堆积反应,ssDNA上的核苷酸碱基环能够与GO表面的六边形晶胞产生紧密结合,介导ssDNA稳定地吸附于GO表面．而cDNA的出现使其形成双链,碱基之间氢键相互作用使dsDNA无法再与GO作用,造成dsDNA脱离．基于ssDNA能够稳定地吸附于GO表面,而dsDNA或者形成了稳定二级/三级结构的ssDNA能够脱离GO的性质,人们开发了各种基于GO平台的化学/生物学传感器用于分析检测,这在许多综述性文章中已有报道[16-22]．ssDNA吸附于GO也带来了其他的生物学效应．2010年,Tang等[11]使用电泳、荧光偏振等方式研究了当ssDNA吸附于GO表面以后,核酸酶对DNA的水解能力．如图2(A)所示,自由的ssDNA与DNase I孵育20 min后,部分被水解(lane 2),60 min后,全部被降解(lane 3)．然而,当ssDNA吸附于GO表面以后,即使经过了60 min的DNase I消化,DNA仍然没有发生任何变化．荧光偏振实验同样证明了该现象,荧光标记的ssDNA在与DNase I作用以后,偏振信号逐渐降低,表明由于ssDNA被水解,荧光分子的偏振信号发生了改变．而当荧光标记的ssDNA吸附于GO表面以后,加入DNase I,偏振信号没有发生任何改变,表明ssDNA分子仍然完整地存在．以上结果均表明,ssDNA吸附于GO表面后,能够被GO保护抵抗核酸酶的降解．(A)ssDNA以及ssDNA/GO复合物与DNase I的凝胶电泳结果[11].1.ssDNA，2.ssDNA与DNase I反应20 min，3.ssDNA与DNase I反应60 min，4.ssDNA/GO复合物，5.ssDNA/GO与DNase I反应20 min，6.ssDNA/GO与DNase I反应60 min；(B)凝胶电泳分析probe-GO复合物 (左)以及probe/RNA-GO复合物(右)与DNase I 的作用结果[23];(C) rMB和rMB-GO在cryonase存在下的实时荧光扫描及电泳结果图(插图)[25]．图2 ssDNA、RNA及二者的GO 复合物与核酸酶的相互作用Fig.2 Interation between nuclease and ssDNA, RNA,ssDNA/GO and RNA/GO complexes在此基础上,我们实验室研究了当吸附于GO表面的ssDNA形成双链脱离GO以后与DNase I的作用效果[23]．如图2(B)所示,ssDNA吸附于GO表面后,加入DNase I孵育60 min,ssDNA未被降解,这与前面的研究结果是一致的[11]．当加入与其互补的RNA以后,再与DNase I孵育60 min,由于DNase I只能作用于DNA而对RNA没有降解效果,互补的RNA保持完整状态,而ssDNA完全被降解(其中蓝色条带为DNA,紫色条带为RNA)．该结果表明,当吸附于GO表面的ssDNA脱离GO表面以后,由于不再受GO的保护,因此能够被核酸酶降解．以上的结果同样表明,GO保护DNA不受核酸酶降解的性质仅与DNA是否吸附于GO表面相关．当存在足够的盐离子,dsDNA同样能够吸附于GO表面,因此能够抵抗核酸酶的降解[24]．GO除了能够保护DNA不受核酸酶降解以外,同样能够对RNA产生保护能力．我们实验室系统地研究了吸附于GO表面的RNA的抗酶切效果[25]．我们使用RNA 分子信标(RNA molecular beacon,rMB)作为研究对象,使用cryonase核酸酶(该酶能够降解一切类型的核酸)作为工具酶．如图2(C)所示,无论荧光还是电泳实验(图2(C)插图),自由的rMB在与cryonase核酸酶作用后短短的时间里即被水解,而当吸附于GO表面后,与cryonase核酸酶长时间作用仍然无任何变化,表明GO能够保护吸附于其表面的RNA不被降解．到目前为止,愈来愈多的研究报道了金纳米颗粒、硅纳米颗粒、碳纳米管以及GO 等纳米材料对核酸的保护能力,并对其保护机理进行了探讨[26-30]．我们在此处总结了几种具有说服力的保护机理[31]．首先,在解释金纳米颗粒和硅纳米颗粒对DNA的保护能力时,有人认为这些纳米材料能够诱导其表面产生一个不利于核酸酶发挥活性的盐离子环境,从而导致核酸酶无法对吸附于纳米材料表面/周围的核酸发挥作用[26,28,30]．其次,另一个观点则认为纳米材料改变了吸附于其表面的核酸的构象,从而导致核酸酶无法识别[29,32]．目前广为接受的一个理论是“位阻效应(sterichindrance)”[11,24,30,33]．该理论认为,纳米材料和核酸酶同是纳米尺寸,因此,核酸酶无法攻击纳米材料表面的“小分子”核酸[25]．这些观点在解释一些特定的现象时看似完美,但新的实验现象往往不断挑战着这些理论．比如,“位阻效应”理论认为核酸酶无法攻击吸附于纳米材料表面的DNA,但在2011年,Mirkin等[34]报道了DNA修饰的金纳米颗粒显著地增加了RNase H对RNA的降解能力,该现象与“位阻效应”背道而驰．2012年,Li等[32]报道在一定条件下,dsDNA也能够吸附于GO表面,并且仍然能够被DNase I和EcoR I攻击．但是根据位阻效应,吸附于GO表面的dsDNA能够抵抗核酸酶的攻击,这也有悖于位阻效应．因此,纳米材料保护核酸的机理,仍然存在许多未知,有待于科学家们进一步发掘．尽管GO对核酸的保护机理仍然有待研究确认,其对核酸的保护能力却是毋庸置疑的．与其他纳米材料无异,GO对核酸的良好保护效果一经发现,便被广泛应用于体内生物成像、生物医学等领域．与此同时,在体外分析中GO-核酸体系一方面可用于构建稳定的RNA探针用于生物分析,另一方面,建立起全新的分析平台——循环酶切信号放大方法(cyclic enzymatic amplification method,CEAM)检测分析物,能够显著提高待测物的检测灵敏度．在接下来的章节中,我们将分别讨论GO保护的核酸分子探针在生物分析领域的各种应用．2 GO提高RNA分子探针的稳定性核酸分子探针,包括DNA和RNA分子探针．目前,DNA分子探针已被深入研究和广泛报道,而RNA分子探针的研究工作却相对较少．造成这种现象的主要原因是:RNA具有相对活跃的化学反应基团[35],同时,环境中无处不在的核糖核酸酶,致使RNA容易被降解,最终易导致高背景以及假阳性信号[36]．因此,为使RNA分子探针得到广泛应用,我们首要发展稳定RNA的方法[31]．图3 GO保护RNA探针的原理(A)及rMB、GO-rMB的荧光光谱图(B)和信背比(C)[25]Fig.3 Principle of protection of RNA probe with GO(A), fluorescence spectra (B) and signal-background ratio (C) of rMB and GO-rMB[25]基于GO对核酸分子的保护效果,我们实验室提出了使用GO稳定RNA探针的方法[25]．其原理如图3(A)所示,没有GO保护的RNA分子探针,如rMB,在实验室环境下易被降解,因此容易产生假阳性信号．在GO的保护下,rMB只能够对特异的目标物响应,不会产生高背景和假阳性信号,从而有效地检测目标物．我们的方案得到了实验数据的验证,如图3(B)所示,对于自由的rMB,放置于实验室环境下,荧光信号逐日上升,表明rMB在实验室环境极易被降解,到达15 d后,信号趋于饱和,表明rMB已经完全被降解．相对应的,对于GO保护的rMB,经过15 d的实验室环境放置,信号没有发生变化．在此基础上通过考察与cDNA杂交后的信背比(S/B)比较了2种rMB的工作能力,如图3(C)所示,对于未被保护的rMB,第5天信背比已经下降至1.68,而GO保护的rMB到达第15天后,其信背比仍能保持在7.5左右,充分说明RNA分子探针在GO的保护下能够稳定工作．图4 RNA-GO纳米片用于分离和富集肽毒素的方案[38]Fig.4 Schematic fabrication process of RNA-graphene oxide nanosheets[38]借助RNase H能够特异性水解与DNA杂交的RNA,而对单独的DNA或RNA无作用效果,Corn等基于RNA微阵列发展了用于高灵敏的RNase H辅助的信号放大方法、用于检测基因组DNA的SPR成像技术,然而,由于RNA探针极不稳定,他们最终抛弃了这种方法[37]．借助于GO的保护能力,我们重新发展了RNase H辅助的信号放大方法用于检测DNA,该方法实现了0.1 pmol/L DNA检测,并具有区分单碱基错配识别的能力,更重要的是,由于GO的保护,我们的方法能够使RNA探针稳定存在,避免了复杂的操作,从而发展了操作简单、灵敏度高的DNA检测方法[25]．我们同时发展了GO保护的RNA核酸分子探针用于生物分析．设计了GO保护的血管内皮生长因子(VEGF)和茶碱的RNA核酸适体分子探针，分别用于VEGF和茶碱的高灵敏检测,分别实现了2 nmol/L VEGF和2 μmol/L茶碱的灵敏检测．这些方法避免了对RNA繁琐而复杂的操作[25]．GO保护的RNA分子探针除了用于分析物的检测,Zhou等[38]也将其用于富集并捕获饮用水中痕量存在的肽毒素(peptide toxins)．如图4所示，他们将肽毒素的RNA核酸适体通过化学交联的方式固定于GO表面,在遇到肽毒素以后,RNA核酸适体识别并与其结合,导致大量的肽毒素富集于GO表面,起到富集捕获的效果．通过调节pH及温度,捕获的肽毒素被释放,使得该GO保护的RNA分子探针能够循环使用．该方法设计简单、制作方便、特异性高,有望在水污染纯化及复杂体系中的样品制备等领域得到广泛应用．3 基于GO的CEAMGO对核酸的保护能力除了应用于在实验室环境下稳定RNA探针的存在,还能够与特异的核酸酶结合,发展高灵敏高选择性的放大化分析方法用于提高检测物的灵敏度．如前所述,荧光标记的ssDNA探针能够吸附于GO表面,目标DNA或其他目标分子与其结合形成双链或具有稳定二级/三级结构的DNA能够脱离GO,荧光信号恢复,从而实现对目标物的检测．然而,在这一类检测方式中,一个目标物只能触发一个分子探针信号的打开,这种1∶1的检测方案限制灵敏度的进一步提高．当研究者们发现GO能够有效地保护ssDNA不受核酸酶降解以后,便发展了CEAM[39-41],实现了一个目标物分子触发多个核酸分子探针信号打开,将对目标物的检测灵敏度提高了2～3个数量级．我们实验室将该CEAM方法用于MicroRNA(miRNA)的检测[23]．miRNA是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA,其表达水平与人类许多疾病密切相关,这使miRNA成为新的生物标志物,在癌症等重大疾病的早期诊断中意义重大[42-43]．因此,miRNA的定量检测和表达分析是十分重要的[44]．基于DNase I对DNA的特异性水解性能,我们实现了放大化高灵敏的miRNA检测[23]．其原理如图5(A)所示,将与miRNA互补的DNA荧光探针与GO孵育,此时探针的荧光被淬灭并能够抵抗DNase I的降解．目标miRNA出现后与DNA探针形成了miRNA/DNA双链复合物脱离GO表面,发出荧光信号．同时,脱离了GO 表面的DNA探针不再被GO保护,成为DNase I的水解底物．由于DNase I无法水解miRNA,miRNA释放并与下一条DNA探针杂交,再形成双链脱离GO表面,构成水解—杂交—脱附—水解的CEAM过程．同时,针对不同的miRNA设计不同荧光标记的荧光探针能够实现对miRNA的多目标检测[31]．图5 GO保护的ssDNA探针用于miRNA的高灵敏分析[23]Fig.5 Analysis of miRNA based on GO-protected ssDNA probes[23]图5(B)证明了该方法的信号放大效果．对于GO/探针体系,加入0.1 nmol/L的miRNA,由于在1∶1的检测方案下,此浓度的miRNA触发的荧光信号无法达到仪器能够识别的级别,因此从仪器上观察到的荧光信号没有任何变化．此时加入DNase I,荧光信号在20 min内上升了4倍,说明DNase I辅助的循环酶切放大成功发生,证明了该方法的可行性．使用该方法,我们实现了9 pmol/L的miRNA检测灵敏度(图5(C)),与常规的方法相比,灵敏度提高了3个数量级．同时,该方法能够较好地区分序列高度相似的let 7家族的几种miRNA(他们之间只有一个或几个碱基之间的差别)．另外,借助于GO对核酸探针的保护效果,我们的方法能够直接用于复杂的生物体系如细胞裂解液中miRNA检测,并能够区分不同细胞系之间miRNA 的表达水平[12]．Yang等设计了用于三磷酸腺苷(ATP)、可卡因等小分子的高灵敏检测CEAM[14]．以检测ATP为例,羧基荧光素(FAM)标记的ATP核酸适体探针吸附于GO表面,荧光信号被淬灭,同时DNase I无法将其降解．ATP出现后,与其核酸适体结合形成复合物,脱离GO表面,发出荧光信号．同时,脱离了GO表面的ATP核酸适体分子探针不再受GO保护,成为DNase I的水解底物,从而导致探针被水解,并将ATP释放,释放的ATP重新与另一条核酸适体探针结合,实现解吸附-被水解-释放ATP的循环过程,最终实现了一个ATP分子持续触发多个核酸分子探针释放出荧光信号的过程,从而能够提高对ATP的检测灵敏度．通过这种方式,实现40nmol/L的ATP检测,相对于1∶1的检测方案(检测限:10 μmol/L),灵敏度提高了200倍．该作者同时将该方法用于可卡因的检测,实现了50 nmol/L的检测灵敏度．基于同样的原理,Tan等[45]发展了胰岛素的高灵敏检测方法,他们实现了5 nmol/L 的胰岛素检测,该方法的建立将有利于发展糖尿病早期诊断的方法．除建立荧光检测的CEAM方法,CEAM也被拓展到电化学领域．Chen等[46]建立了磁控的GO传感平台用于放大化、多目标、电化学检测ATP和可卡因,分别实现了0.1和1.5 pmol/L的检测灵敏度．4 以GO为载体的细胞内检测与成像方法近年来,功能化核酸(functional nucleic acids,FNAs)凭借其独特的优势,在生物分析及生物医学领域得到广泛的应用,包括靶向药物运输、基因调控、体内检测与成像等[47-51]．然而,作为一种带负电的生物大分子,FNAs需要通过载体将其带入细胞或体内[28,52];另外,由于细胞内存在各种各样的核酸酶,外源FNAs极易受到降解,因此需要能够稳定/保护FNAs存在的载体或方法[53-54]．因此,高效、无毒并能够稳定FNAs的运输载体是必不可少的[28]．GO作为一种独特的碳纳米材料,细胞毒性低、能够有效地进入细胞[55-56],更重要的是,能够吸附核酸并保护其不受核酸酶的降解,从而被作为运输载体而广泛应用于细胞及活体内分析．Lin等[57]将单荧光标记的ATP核酸适体探针与GO共同孵育,探针吸附于GO表面导致荧光淬灭,将此探针/GO复合物用于检测老鼠上皮细胞内的ATP．借助于GO对探针的保护效果,以及GO能够自由进入细胞等优点,该方法成功实现了细胞内ATP的成像检测．在此基础上,为了实现对细胞内不同核苷酸的同时/多目标检测,他们分别设计了FAM标记的ATP核酸适体,Cy5标记的GTP核酸适体,以及Alex546N标记的随机序列,并将他们与GO共同孵育,利用GO对荧光光谱的广谱淬灭效果,所有的荧光探针荧光均被淬灭．当与细胞共同孵育以后,2种核酸适体与其对应的目标物结合,能够发出不同的荧光信号,从而实现对细胞内核苷酸的多目标检测(图6)[58]．图6 GO作为载体用于细胞内核苷酸的多目标检测方案(A)和效果(B)[58]Fig.6 Scheme (A) and performance (B) of GO delivery of multiplex aptasensors for intracellular nucleotides detection[58]与此类似,Yang等[59]使用GO作为载体将分子信标载入HeLa细胞内用于生存素(survivin)mRNA的检测．他们分别设计了生存素mRNA的分子信标及随机序列分子信标,并将其分别与GO孵育,考察了GO存在和不存在的情况下,生存素mRNA的分子信标及随机序列的分子信标与HeLa细胞相互作用的效果．结果表明,吸附于GO表面的生存素mRNA的分子信标能够在GO的载体作用下进入细胞,并在遇到生存素mRNA后打开,在荧光显微镜下观察到荧光信号．作为对照,自由的生存素mRNA分子信标以及吸附于GO表面的随机序列分子信标在与HeLa作用以后,没有可观察到的荧光信号．该结果表明,GO能够作为载体将分子信标带入到细胞内用于检测目标mRNA．随着GO被广泛应用的同时,其不足之处也逐渐暴露,其中之一是其尺寸的不均一性．单原子排列的GO在其二维平面上的随机扩展,长度能够从纳米级别延伸到微米级别．这种尺寸的不均一性造成其氧化程度不均一、实验重复性差以及进入细胞困难等诸多问题[60]．为此,科学家们发展了一系列纳米尺寸的GO(nanoscale graphene oxide,nGO;graphene oxide quantum dots),并将其应用于体内/体外的生物传感、生物医学等领域．图7 纳米尺寸的GO用于细胞内mRNA(A)[61]及miRNA(B)[62]的成像分析Fig.7 Scheme of strategy for mRNA(A)[61]/miRNA(B)[62] sensor based on nGOSeo等[61]设计了球形的graphite nanoparticle (GN) 交联的分子信标用于细胞内基因检测．这种GN尺寸均一(4～5 nm),当分子信标与其交联以后,能够保护MB不受核酸酶降解,同时,由于其具有较小的尺寸和较好的进入细胞的能力,而被设计为用于细胞内特定基因检测的工具(图7(A))．肽核酸是一种以多肽骨架取代糖磷酸主链的DNA类似物,与天然核酸相比,肽核酸呈电中性;同时,肽核酸与天然核酸杂交形成的双链稳定性要高于天然的核酸双链．基于这些特性,科学家们研究了荧光标记的肽核酸探针与nGO结合用于体外及体内分析物的传感．一方面,电中性的肽核酸与nGO具有更强的结合力,因此降低了背景信号;另一方面,肽核酸探针与cDNA/cRNA的结合具有更强的稳定性,从而能够摆脱nGO的吸附,提高了检测信号．他们将肽核酸探针/nGO用于miRNA检测,在1∶1的检测方案下实现了1 pmol/L的检测灵敏度．在此基础上,实现了细胞内miRNA的定量检测(图7(B))[62]．上述研究,以GO/nGO为载体,有效地实现了细胞内mRNA、miRNA、ATP、GTP 等重要生物分子的成像检测．同时,也证明了作为一种新材料,GO:1) 能够作为载体有效地运输FNAs进入细胞;2) 能够保护FNAs不受细胞内核酸酶的降解,因此能够使其稳定存在;3) 能够与FNAs形成复合物构建传感平台,用于细胞成像．5 结论和展望自2004年第一次报道以来,石墨烯和GO就以其突出的物理/化学性质而被应用于各种领域[1,63]．近年来,GO对核酸的结合能力以及由此带来的抗酶切效果,吸引了科学家们的广泛关注并展开了新的应用．一方面,GO能够保护RNA探针分子不受环境中核酸酶的攻击,从而发展了稳定RNA存在的方法用于特定目标物的检测、富集及分离;另一方面,GO对ssDNA的吸附及dsDNA的脱吸附,导致相应的保护/去保护效果,激发了科学家们发展CEAM用于目标分析物的高灵敏检测．相对于常规的1∶1检测方案,CEAM实现了2～3个数量级灵敏度的提高．在体内,GO对核酸的保护效果,以及GO本身自由进入细胞的能力、体内无毒性等优点使其能够成为优秀的“共靶向”分子,用于细胞内检测和成像等[12]．目前,对GO保护核酸的研究及应用仍然有待深入．一方面,GO能够保护核酸抵抗核酸酶降解的机理仍然有待探讨,新的理论和假说需要提出[31]．另一方面,GO保护核酸的应用仍然处于概念论证(proof-of-concept)阶段．为了能够使该研究真正应用于实际检测或临床体系,需要验证更多的目标物以及更复杂的生物体系．最后,除GO相关的研究之外,本文也提到了其他纳米材料与功能核酸之间的相互作用及由此带来的应用．众所周知,近年来新的纳米材料层出不穷,如碳纳米颗粒[64]、C60[65]、上转换纳米颗粒及其他纳米材料[66-67],这些新的纳米材料与核酸又具有怎样的相互作用关系、这些纳米材料本身又具有什么样的独特的性能,这部分研究工作将是引人入胜又充满挑战,而纳米材料与功能化核酸的结合将对分子生物学、生物化学、分子医学等领域产生新的进步性影响．【相关文献】[1] Novoselov K S,Geim A K,Morozov S V,et al.Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science,2004,306 (5696)：666-669.[2] Geim A K,Novoselov K S,The rise of graphene[J].Nature Materials,2007,6(3)：183-191.[3] Rao C N,Sood A K,Subrahmanyam K S,et al.Graphene:the new two-dimensional nanomaterial[J].Angew Chem Int Ed,2009,48(42)：7752-7777.[4] Yang W,Ratinac K R,Ringer S P,et al.Carbon nanomaterials in biosensors:should youuse nanotubes or graphene?[J].Angew Chem Int Ed,2010,49 (12)：2114-2138.[5] Shen H,Zhang L,Liu M,et al.Biomedical applications ofgraphene[J].Theranostics,2012,2(3)：283-294.[6] Guo S,Dong S,Graphene nanosheet:synthesis,molecular engineering,thinfilm,hybrids,and energy and analytical applications[J].Chemical Society Reviews,2011,40(5)：2644-2672.[7] Lu C H,Yang H H,Zhu C L,et al.A graphene platform for sensing biomolecules[J].Angew Chem Int Ed,2009,48(26)：4785-4787.[8] Loh K P,Bao Q L,Eda G,et al.Graphene oxide as a chemically tunable platform foroptical applications[J].Nature Chemistry,2010,2(12)：1015-1024.[9] Liu Y,Dong X,Chen P.Biological and chemical sensors based on graphenematerials[J].Chemical Society Reviews,2012,41(6)：2283-2307.[10] Morales-Narvaez E,Merkoci A.Graphene oxide as an optical biosensingplatform[J].Advanced 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[14] Lu C H,Li J,Lin M H,et al.Amplified aptamer-based assay through catalytic recycling of。

石墨烯的性质与应用.石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料，其特殊的结构和性质使其成为当前研究领域的热点之一。

本文将从石墨烯的性质、制备方法以及应用方面进行介绍。

1. 电子性质石墨烯的电子结构非常特殊，其价带和导带之间的带隙很小，电子穿越石墨烯时呈现线性的色散关系，而且电子的速度非常快。

这些特殊的电子性质让石墨烯被认为是一种有潜力的电子材料，可以用于制作超高速电子器件。

2. 机械性质石墨烯的强度和刚度非常高，堪比钢铁。

此外，石墨烯的柔韧性也很好，可以通过弯曲和滚动来适应各种形状和表面。

这些独特的机械性质使得石墨烯成为一种非常有前途的材料，用于制作柔性电子器件、高效的能量转换器和悬挂桥梁等。

3. 热学性质石墨烯因为薄度只有单层碳原子，热导率也非常好，高达3000 W/mK，是铜的5倍之多。

同时，石墨烯也具有非常低的电阻率、热膨胀系数等热学特性，或许可以用于高效的热管理问题。

石墨烯非常薄，且电子可以自由穿越，因此具有良好的透明性。

石墨烯的吸收光谱在可见光范围内几乎是0，因此可以用于制作高透明电子器件和光学器件。

二、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是将石墨中的一层石墨单晶体通过普通胶带的剥离操作获得的石墨烯样品。

该方法简单易行、成本低，但由于胶带的存在，易造成污染。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过完整的碳源物质在高温、高真空下生长石墨烯。

该方法能够控制石墨烯的晶粒度和质量，并可以在大面积上制备石墨烯，因此是一种非常有前途的制备方法。

液相剥离法将石墨片浸泡在溶液中，通过物理化学相互作用降解去除多层结构石墨，最终得到单层的石墨烯。

该方法操作简便，但是其制备效率有待提高。

石墨烯具有优良的机械性能和电子性能，因此可以用于制作柔性电子器件，这些器件可以曲折自如地适应各种形状和表面，如曲面显示屏、柔性太阳能电池和电子纸等。

2. 能量存储器件石墨烯在电容器、超级电容器、电池等领域的运用非常广泛。

石墨烯具有高的电子迁移速度、良好的电容性能和出色的电解质离子传输能力，因此在能量存储器件领域应用前景广泛。

纳米材料在生物医学中的应用＊冯婷婷*　郭建花（山西中医药大学 山西 030619）摘要：纳米材料诞生于20世纪80年代末。

作为一项新技术，它正在迅速崛起。

纳米材料逐渐与许多学科交叉，具有很大的应用价值，并已初步应用于某些领域。

纳米材料作为纳米技术的重要组成部分，也引起了各领域研究人员的关注。

本文主要介绍了纳米材料的一些基本概念和特征，重点讨论了石墨烯、碳纳米管、碳点、碳纳米角在生物医学领域的应用方向与特性，提出了纳米材料的一些热点和可能存在的全新生长点。

关键词：纳米材料；石墨烯；碳纳米管；碳点；碳纳米角中图分类号：R 文献标识码：AApplication of Nanomaterials in BiomedicineFeng Tingting, Guo Jianhua(Shanxi Chinese Medicine University, Shanxi, 030619)Abstract：Nanomaterials were born in the late 1980s. As a new technology, it is rising rapidly. Nanomaterials begin to intersect with many disciplines, showing great potential application value, and have been applied in some fields preliminarily. As an important component of nanotechnology, nanomaterials have also attracted the attention of researchers in various fields. This paper mainly introduces some basic concepts and characteristics of nanomaterials, and focuses on the application direction and characteristics of graphene, carbon nanotubes, carbon dots and carbon nanometers in biomedicine. Some hot spots and possible new growth points of nanomaterials research are put forward.Key words：nanomaterials； graphene；carbon nanotubes；carbon dots；carbon nanoscale angles前言纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。

氧化石墨烯官能团氧化石墨烯是一种官能化的石墨烯，其具有优异的物理化学性能，可以应用于许多领域，如能源储存、传感器和生物医学等。

氧化石墨烯的制备方式多种多样，主要包括Hummers法、Brodie法和碳酸钠法等。

本文将从氧化石墨烯官能团的类型、制备方法、化学性质以及应用等方面进行探讨。

一、氧化石墨烯官能团的类型氧化石墨烯官能团主要包括羧基、羟基、酮基、环氧基等。

其中，羧基是氧化石墨烯中含量最多的官能团之一，其在表面上形成悬浮的负离子，使其呈现高度亲水性和高效的分散性，可以应用于纳米材料的制备和各种涂料的制作中。

羟基则是氧化石墨烯的另一种重要官能团，其可以增加表面的亲水性和吸附能力，使其在能源储存和环境治理等方面具有很大的潜力。

酮基和羧基具有相似的化学性质，但是酮基相对较稳定，在氧化石墨烯的表面上相对少见。

环氧基是一种稳定的官能团，可以通过直接氧化石墨烯获得，通过加热可以将其转化为羟基及其他氢气处理官能团。

二、氧化石墨烯官能团的制备目前，氧化石墨烯官能团主要有三种制备方法：Hummers法、Brodie法和碳酸钠法。

1.Hummers法Hummers法是最常用的氧化石墨烯官能团制备方法之一。

该方法的主要原理是通过将石墨烯与浓硫酸、亚硝酸和高浓度的氧化剂混合，将石墨化学氧化，并生成羟基、羧基、酮基和其他官能团。

由于该方法存在严重的环境问题和对操作人员的危险性，因此在实际应用中被逐渐替代。

2.Brodie法Brodie法也是一种常用的氧化石墨烯官能团制备方法。

该方法主要是将石墨和浓硝酸混合，然后加入硫酸和部分的氯化铁，将石墨化学现象氧化成氧化石墨烯。

由于该方法过程中产生大量的有害气体和废物，并且操作危险性高，故亦被逐渐淘汰。

3.碳酸钠法碳酸钠法是一种简单易行的氧化石墨烯官能团制备方法，主要是将石墨烯与碳酸钠混合并加热至高温，再在氧气中进行氧化，最后通过酸碱中和将制得的氧化石墨烯分离。

该方法不仅简单方便，而且在制备过程中无需使用有害化学品，操作过程相对安全和环保。

石墨烯的应用及原理1. 石墨烯概述石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构，具有许多特殊的物理和化学性质。

它是迄今为止已知最薄、最柔韧、最导电和最热导的材料之一。

2. 石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法有多种，常见的方法包括机械剥离、化学气相沉积、化学物质剥离以及还原氧化石墨烯等。

3. 石墨烯的物理性质石墨烯具有许多独特的物理性质，如高电导率、高热导率、大面积比表面积等。

4. 石墨烯的化学性质石墨烯在化学性质上也展现出了一些特殊之处，如其能与其他材料发生强烈的化学反应。

5. 石墨烯的应用领域5.1 电子领域石墨烯在电子领域具有巨大的潜力，石墨烯晶体管和石墨烯显示屏等技术已经出现，并有望在电子器件中取代传统的硅材料。

5.2 光学领域由于石墨烯的特殊光学性质，它在光学领域也有广泛的应用。

石墨烯可以用于红外、紫外和可见光等各个波段的光学器件。

5.3 能源领域石墨烯在能源领域的应用非常广泛，如石墨烯储能电池、石墨烯太阳能电池等。

5.4 生物医学领域石墨烯在生物医学领域也有很多应用，如药物传递、基因治疗、生物传感器等。

6. 石墨烯的原理石墨烯的特殊性质源于其分子结构和碳原子之间的键合方式。

石墨烯由一个层层堆叠的碳原子组成，每个碳原子与其相邻的三个碳原子形成了sp2杂化键，形成了一个六角形的晶格结构。

7. 石墨烯的未来发展石墨烯作为一种新兴材料，还有很多未知的应用领域等待探索和开发。

随着石墨烯研究的深入，相信石墨烯的应用前景会越来越广阔。

以上是对石墨烯的应用及原理进行的简要介绍，石墨烯作为一种独特的材料，其应用前景不可估量。

随着技术的发展和研究的深入，石墨烯的应用将会得到进一步的拓展和突破。

石墨烯调研报告（氧化石墨烯应用）石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨的基本结构单兀。

它具有咼电导、咼热导、咼硬度和咼强度等奇特的物理、化学性质，在电子、信息、能源、材料和生物医药领域有广阔的应用前景。

但是石墨烯由于强大的范德华力具有疏水性和易团聚的特点，限制了其广泛应用。

氧化石墨烯的出现正好解决了上述问题，它是石墨烯的派生物，与石墨烯的结构大体相同.只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连接有大量含氧基团，平面上含有-OH和C-O-C，而在其片层边缘含有C = O和COOH。

与石墨烯相比，氧化石墨烯有更加优异的性能，其不仅具有良好的润湿性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插层后剥离，在改善材料的热学、电学、力学等综合性能方面发挥着非常重要的作用。

有不少专家学者对氧化石墨烯的制备及应用进行了深入研究，其中氧化石墨烯复合材料的发展十分迅速，进一步拓展了氧化石墨烯的应用领域。

1氧化石墨烯的制备目前，氧化石墨烯的制备工艺相对成熟，比较传统的化学方法主要有Brodie 法、Staudenmaier法、Hummers法，现今仍在沿用，只是在各方法基础上做了略微改进。

这些方法的制备原理都是将石墨在强酸和少量强氧化剂的共同作用下形成1阶的石墨层间化合物，然后此层间化合物在过量强氧化剂的作用下继续发生深度液相氧化反应，水解后得到氧化石墨，最后通过超声或者长时间搅拌氧化石墨和水的混合物即可获得氧化石墨烯，产物的氧化程度及合成T艺与反应时间有关，可以通过C、O的原子比进行衡量。

Brodie法和Staudenmaier法氧化程度高，但反应过程中会产生CI02、N02或者N2O4等有害气体且反应时间长，而Hummers法反应时间短，无有毒气体CI02产生，安全性较高，因而成为制备氧化石墨烯普遍使用的方法。

但是此反应过程中需控制的工艺因素较多，过量的高锰酸离子会造成潜在的污染，因而需要用H2O2进行处理，并加以水洗和透析。

石墨烯及其应用你知道石墨烯吗？这可是个超级厉害的玩意儿，就像科技界的超级明星一样。

先说说石墨烯是啥吧。

简单来讲，石墨烯就是一层碳原子组成的薄膜，薄得超乎想象，就像一个超级薄的铁丝网，但是这个铁丝网的网眼可是原子级别的呢！它的结构让它有好多神奇的性质。

石墨烯超级结实。

你想啊，这么薄的东西，强度却比钢铁还高好多倍。

要是用石墨烯做个盾牌，那可能比超级英雄的盾牌还厉害呢！它就像是个小小的大力士，能承受很大的压力而不变形。

还有哦，石墨烯导电性那叫一个棒。

电子在它里面就像在高速公路上的汽车一样，跑得飞快。

这就使得它在电子设备领域有巨大的潜力。

比如说，我们的手机要是用上石墨烯做电池或者电路，充电可能就像眨个眼那么快，而且手机运行起来也会更流畅，再也不用担心卡顿啦。

在散热方面，石墨烯也是个高手。

就像一个超级散热器，电脑的CPU要是有石墨烯帮忙散热，那再也不会因为过热而罢工啦。

想象一下，你的电脑可以长时间高强度工作，就像一个不知疲倦的小超人。

再讲讲它在环保方面的应用。

石墨烯可以用来处理污水，就像一个小小的清洁工。

它能吸附水里的污染物，让污水变得干净起来。

这对我们保护环境可太有用了，就像给地球做了一个大扫除。

在医疗领域，石墨烯也开始崭露头角了。

它可以用来做一些传感器，能很灵敏地检测到身体里的一些指标变化。

说不定以后，我们去医院检查身体，只需要一个小小的石墨烯传感器，就可以快速知道自己的健康状况了。

石墨烯在航空航天领域也有很大的用处。

因为它又轻又结实，飞机或者航天器要是用上石墨烯材料，就能减轻重量，还能提高结构强度，就像给飞行器穿上了一件既轻便又坚固的盔甲。

不过呢，石墨烯虽然这么厉害，但要大规模地应用到我们的日常生活中，还有一些挑战。

比如说，怎么低成本地大规模生产它就是个大问题。

但是科学家们都在努力，相信在不久的将来，石墨烯会像手机一样，成为我们生活中常见的东西，到时候我们的生活肯定会变得更加酷炫。

SERS活性的氧化石墨烯-贵金属复合结构的制备及其在农药检测中的应用的开题报告
一、研究背景
随着现代农业的发展，农药的使用量不断增加，但同时也带来了很
多环境和健康问题。

因此，开发快速、准确、灵敏的农药检测方法成为
了亟待解决的问题。

表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）在分子检测中具有极高的检测灵敏度和选择性，已经
成为了一种广泛应用于农药检测的技术。

氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）具有独特的电化学性能、化学
惰性和巨大的比表面积，能够与金属贵金属形成高效的复合结构，并提
高SERS信号的强度和稳定性。

因此，在农药检测中，综合使用GO和贵金属复合结构的SERS技术能够实现对多种农药的快速、准确、灵敏的检测。

二、研究内容
本研究将制备氧化石墨烯-贵金属（如金、银、铂）复合结构，并通过表面增强拉曼散射技术对多种农药进行检测。

具体研究内容包括以下
几个方面：
1.采用化学还原法制备氧化石墨烯，并加入贵金属离子进行复合结
构的制备；
2.通过透射电镜、扫描电镜、X射线衍射等技术对复合结构进行表征，确定最优的复合结构结构；
3.通过模拟环境下的农药浓度梯度实验，确定复合结构的最佳检测
浓度；
4.使用SERS技术对多种农药进行检测，并对结果进行分析和判读。

三、研究意义
本研究将提供一种快速、准确、灵敏的农药检测技术，有助于保障农产品生产的质量和消费者的健康。

此外，该研究对于探索氧化石墨烯和贵金属复合结构的制备和表征，以及SERS技术在农业和生物医药领域中的应用也具有重要的理论意义和应用价值。

氧化石墨烯分子量简介氧化石墨烯是一种重要的石墨烯衍生物，具有优异的物理和化学性质。

其分子量对其性质和应用具有重要影响。

本文将从氧化石墨烯分子量的定义、测量方法、影响因素和应用等方面进行全面阐述。

一、氧化石墨烯分子量的定义氧化石墨烯是指通过氧化剂将石墨烯表面上的碳原子与氧原子结合形成的一种材料。

其分子量可以根据其所含有的碳原子和氧原子数量来确定。

通常使用元素分析仪或者核磁共振谱仪等仪器对样品进行测试，得到样品中碳原子和氧原子的含量，从而计算出分子量。

二、氧化石墨烯分子量的测量方法1. 元素分析法元素分析法是一种常见的测定材料中元素含量的方法，可用于测定氧化石墨烯中碳、氢、氮、硫等元素含量。

该方法通过样品在高温下与纯氧反应，使样品中所有元素都被转换为相应的气体，然后通过分析气体中元素的含量来计算样品中各元素的含量。

2. 核磁共振谱法核磁共振谱法是一种基于核磁共振现象的物理测量方法，可用于测定氧化石墨烯中碳原子和氧原子的含量。

该方法通过对样品进行核磁共振信号的采集和分析，得到样品中碳原子和氧原子的数量比例，从而计算出分子量。

三、影响氧化石墨烯分子量的因素1. 氧化剂种类不同种类的氧化剂对氧化石墨烯的分子量影响不同。

例如，硝酸等强酸性氧化剂会导致大量碳原子被氧化成CO2，从而降低氧化石墨烯的分子量；而较弱酸性的过硫酸铵则能够保持较高的碳原子含量，提高氧化石墨烯的分子量。

2. 氧化程度随着氧化程度增加，氧化石墨烯中碳原子与氧原子之间形成的官能团数量增加，分子量也会相应增加。

但是，过度氧化会导致氧化石墨烯的结构发生变化，从而降低其性能。

3. 反应时间和温度反应时间和温度对氧化石墨烯的分子量也有影响。

通常情况下，反应时间越长、反应温度越高，氧化石墨烯的分子量就越高。

但是，过长的反应时间和过高的反应温度也会导致氧化石墨烯结构的改变和性能的下降。

四、氧化石墨烯分子量在各领域中的应用1. 电池材料氧化石墨烯作为一种优异的电极材料，在锂离子电池、超级电容器等领域中得到了广泛应用。