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石墨烯:医疗的下一次革命也许就靠它了!

两位英国物理学家通过一种简单的方法从石墨中分离出单层石墨,即石墨烯,并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。

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石墨烯是由二维单层碳原子组成的六角晶格物质,是世界上最薄、最好的导电和导热材料,是人类已知强度最高的物质,具备极高的透光性和柔韧性。正因为这些优异的性能使之赢得了“最完美材料”的美誉,许多人还认为21世纪将成为“石墨烯时代”。


石墨烯是一种研究性极强的多用途物质,可能给我们生活的方方面面带来革命:如用来生产防水膜以解决全球水资源短缺问题;取代当前电子产品中的硅,以更小的体积提供更强的性能;开发下一代能源解决方案,如太阳能电池或几分钟即可充满的手机电池。此外,石墨烯还可应用于生物医疗领域,如药物传送、癌症治疗和生物传感等,目前研究人员已经在进行相关研究。


石墨烯拥有许多独特的属性,如更大的表面积、生物适应性和化学稳定性,这使得石墨烯具有极大的研究潜力,并被给予厚望。


人工植入设备是当前医疗市场的一个主旋律,将来石墨烯可能在这些设备中扮演极其重要的角色。石墨烯的生物适应性和机械强度可用于制作各种复合生物材料;其导电性可用于需要该属性的器官,如神经组织和脊髓元素。例如,密歇根理工大学研究人员将石墨烯引入3D打印神经组织已取得进展。该团队开发出一种高分子材料来培养组织,利用石墨烯作为导电体。


生物传感是一项正在快速发展的新技术,有潜力应用到许多医疗应用领域,而石墨烯在检测食品毒素、环境污染、特定病菌和细菌等方面拥有独特的优势。例如,将石墨烯氧化物附着在特定毒素的类似于蛋白质的结构上可产生一个增强信号,以便高敏感传感器检测到毒素,其检测能力相当于普通传感器的10倍。


此外,在利用传感器预测心脏病发作方面,石墨烯氧化物还能检测到血液中的特定微粒子,而这些微粒子是在心脏病发作前释放的。当前,基于石墨烯的类似传感器已在研发之中,主要用于检测多种疾病、毒素和生物标记。


石墨烯还拥有极大的潜力来检测和治疗癌症。在检测方面,中国的科学家们已经开发出了基于石墨烯场效晶体管的单细胞传感器,甚至能检测出单一癌细胞。而英国曼彻斯特大学研究人员发现,石墨烯氧化物可作为一种抗癌药剂来对抗特定癌细胞。配合当前的疗法,可能使肿瘤收缩,遏制癌症发展速度,以及治疗后的复发。


石墨烯还被广泛研究用于癌症药物的传送,这主要得益于其较大的表面积允许将大量药物传送至体内的特定区域。除了用于癌症检测和药物传送,石墨烯本身也被研究作为一种抗癌药剂。例如,利用其热传导特性将非电离的无线电波转换成热能,杀死癌细胞内的蛋白质和DNA。


当前DNA测序的重要性日益凸显,它不仅能对人类构成有更深入地了解,还能进一步了解遗传性疾病、癌症类型和人体免疫系统。而基于石墨烯的DNA测序通常需要创建一个石墨烯薄膜,将其浸入导电流体中,在一端加电让DNA分子经过石墨烯的小孔,从而让科学家读取DNA序列。该技术被称为“纳米孔DNA测序”,其特点是读取快,测序成本低。


纳米医学目前尚处于初期发展阶段,同样石墨烯在医疗市场的应用也处于早期发展阶段。但它有潜力进入许多医疗领域,并带来革命性变化。现在我们要做的是鼓励更多的研发项目,以确保将来出现更有效、更持久的预防和治疗方法。


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