北极星储能网讯:一、背景介绍

目前，石墨烯衍生物已经批量生产，石墨烯材料在生物医药和器械方面的使用，已经带来这些方面的巨大进步，甚至是生物医学领域的革命．但是，伴着它们的广泛使用，生物体安全方面的问题随之产生。

石墨烯衍生物材料主要包括：单层石墨烯、数层石墨烯（2-10层）、氧化石墨烯等。氧化石墨烯具有含氧官能团，可溶于水中，易溶解在许多溶剂中，所以被广泛应用在生物医学方面。另外，对石墨烯进行表面修饰，可形成化学基团，如引入羟基、羧基、环氧基和羰基等含氧基团，通过化学方法介入抗体、药物和ＤＮＡ等改进其功能，拓展其在生物医学的应用。

然而2010年，伊朗科学家发现将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌暴露在石墨烯中，可导致细菌死亡。因为石墨烯可抽取细胞膜的重要组分磷脂，导致细胞解体。石墨烯达到抑菌作用的同时，也可导致人体细胞的损伤。因此，更全面的研究石墨烯及其衍生物对生物体的毒性作用十分重要。

二、石墨烯及氧化石墨烯的毒性机理

虽然对于石墨烯和ＧＯ毒性机制先前已经有过很多研究，但没有得到充分的结论来建立风险评估或法规．石墨烯的毒性依赖于石墨烯表面能（化学结构或官能化的涂层性质）、尺寸大小、细胞类型、剂量、暴露的时间等。

许多报道已经提出，氧化应激是涉及碳纳米材料的毒性作用的机制之一。过量的活性氧簇（ＲＯＳ）导致的氧化应激是诱导石墨烯的病理变化的主导机制。抗氧化酶（超氧化物歧化酶或谷胱甘肽过氧化物酶）能够减少或消除活性氧自由基。如果ＲＯＳ超出体内清除能力，会使氧化应激发生而导致细胞大分子蛋白质、ＤＮＡ和脂类等的损坏。

又由于石墨烯具有尖锐的边缘，当它直接接触细胞膜时，产生薄膜应力使细胞膜脱落，对其产生毒性作用。此外，由于石墨烯的疏水性质，蛋白质被强迫分离破坏了细胞代谢，最终导致细胞死亡。

石墨烯衍生物因具有光催化和吸附作用而被应用于处理污染水和废气。然而石墨烯衍生物在应用中产生的废弃物进入到空气、土壤、水中，通过吸入、饮食、渗透进入生物体，会在生物体内发生物理化学以及生物作用而引起生物体毒性。

石墨烯及其衍生物对人体的毒性

石墨烯衍生物进入人体有四种不同的途径：吸入、食入、经皮肤渗透、注射或植入生物体。如图所示，人体对石墨烯衍生物的防御体系主要有粘液、磷脂双分子层、皮肤、血脑屏障等生物屏障．石墨烯以及氧化石墨烯通过这些生物屏障会引起机体反应，如肺部毒性、血液病、细胞毒性等敏感反应。