常規(guī)氧化石墨納米材料

目前醫(yī)學(xué)界面臨的一個(gè)棘手的難題是對(duì)大面積骨組織缺損的修復(fù)。其中，干細(xì)胞***可能是一種很有前途的解決方案，但是在干細(xì)胞的移植過程中，需要可促進(jìn)和增強(qiáng)細(xì)胞成活、附著、遷移和分化并有著良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯（GO）具有良好的生物相容性及較低的細(xì)胞毒性，可促進(jìn)成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSC）的增殖和分化[82]，同時(shí)GO還可以促進(jìn)多種干細(xì)胞的附著和生長(zhǎng)，增強(qiáng)其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨組織再生領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注，成為組織工程研究中一種很有潛力的支架材料。GO不僅可以單獨(dú)作為干細(xì)胞的載體材料，還可以加入到現(xiàn)有的支架材料中，GO不僅可以加強(qiáng)支架材料的生物活性，同時(shí)還可以改善支架材料的空隙結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，包括抗壓強(qiáng)度和抗曲強(qiáng)度。GO表面積及粗糙度較大，適合MSC的附著和增殖，從而可促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，而這種作用程度與支架中加入GO的比例成正比。GO的摻量對(duì)于水泥復(fù)合材料的提升效果也有差異。常規(guī)氧化石墨納米材料

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，其基本依據(jù)是本章前面部分所涉及到的各種光學(xué)性質(zhì)。氧化石墨烯因含氧官能團(tuán)的存在具備了豐富的光學(xué)特性，在還原為還原氧化石墨烯的過程中，不同的還原程度又具備了不同的性質(zhì)，從結(jié)構(gòu)方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉(zhuǎn)化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團(tuán)的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應(yīng)多種場(chǎng)合的需要，克服了CVD和機(jī)械剝離石墨烯在轉(zhuǎn)移和大面積應(yīng)用時(shí)存在的缺點(diǎn)，也正是這些官能團(tuán)的存在，使其便于實(shí)現(xiàn)功能化修飾，為其在不同場(chǎng)景的應(yīng)用提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)。常規(guī)氧化石墨納米材料氧化石墨烯可以有效去除溶液中的金屬離子。

氧化石墨烯（GO）的比表面積很大，而厚度只有幾納米，具有兩親性，表面的各種官能團(tuán)使其可與生物分子直接相互作用，易于化學(xué)修飾，同時(shí)具有良好的生物相容性，超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進(jìn)行加工。另外，GO具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)性能，可以通過熒光能量共振轉(zhuǎn)移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體（染料分子、量子點(diǎn)及上轉(zhuǎn)換納米材料）的熒光。這些特點(diǎn)都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發(fā)現(xiàn)，將CdSe/ZnS量子點(diǎn)作為熒光供體，石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體，以上幾種碳材料對(duì)CdSe/ZnS量子點(diǎn)的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、71±1%和97±1%，因此與其他碳材料相比，GO具有更好的熒光猝滅效果[77]。

比較成熟的非線性材料有半導(dǎo)體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導(dǎo)體可飽和吸收鏡需要相對(duì)復(fù)雜和昂貴的超凈制造系統(tǒng)，這類器件的典型恢復(fù)時(shí)間約為幾個(gè)納秒，且半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的光損傷閥值很低，常用的半導(dǎo)體飽和吸收鏡吸收帶寬較窄。碳納米管是一種直接帶隙材料，帶隙大小由碳納米管直徑和屬性決定。不同直徑碳納米管的混合可實(shí)現(xiàn)寬的非線性吸收帶，覆蓋常用的1.0～1.6 um激光増益發(fā)射波段。但是由于碳納米管的管狀形態(tài)會(huì)產(chǎn)生很大的散射損耗，提高了鎖模閥值，限制了激光輸出功率和效率，所以，研究人員一直在尋找一種具有高光損傷閩值、超快恢復(fù)時(shí)間、寬帶寬和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的飽和吸收材料。氧化石墨烯（GO）的厚度只有幾納米，具有兩親性。

與石墨烯量子點(diǎn)類似，氧化石墨烯量子點(diǎn)也具備一些特殊的性質(zhì)。當(dāng)GO片徑達(dá)到若干納米量級(jí)的時(shí)候?qū)?huì)出現(xiàn)明顯的限域效應(yīng)，其光學(xué)性質(zhì)會(huì)隨著片徑尺寸大小發(fā)生變化[48]，當(dāng)超過某上限后氧化石墨烯量子點(diǎn)的性質(zhì)相當(dāng)接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點(diǎn)光響應(yīng)的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質(zhì)子化或者去質(zhì)子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅(qū)體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點(diǎn)的光發(fā)射性能，在藍(lán)光區(qū)域其光發(fā)射性能取決于zigzag邊緣狀態(tài)，而綠色的熒光發(fā)射則來自于能級(jí)陷阱的無(wú)序狀態(tài)。通過控制氧化石墨烯量子點(diǎn)的氧化程度，可以控制其發(fā)光的波長(zhǎng)。這一類量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)類似于GO，這說明只要片徑小于量子點(diǎn)，都會(huì)產(chǎn)生同樣的光學(xué)效應(yīng)，也就是在結(jié)構(gòu)上存在一個(gè)限域島狀SP2雜化的碳或者含氧基團(tuán)在功能化過程中引入的缺陷狀態(tài)。將氧化石墨暴露在強(qiáng)脈沖光線下，例如氙氣燈也能得到石墨烯。官能化氧化石墨商家

調(diào)控反應(yīng)過程中氧化條件，減少面內(nèi)大面積反應(yīng)，減少缺陷，提升還原效率。常規(guī)氧化石墨納米材料

使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過納米通道。通過在GO納米片之間夾入適當(dāng)尺寸的間隔物來調(diào)節(jié)GO間距，可以制造廣譜的GO膜，每個(gè)膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內(nèi)的目標(biāo)離子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片層間隙的距離增大到1.3 nm，真正有效、可自由通過的孔道尺寸為0.9 nm，計(jì)算出水合半徑小于0.45 nm的物質(zhì)可以通過氧化石墨烯膜片，而水合半徑大于0.45 nm的物質(zhì)被截留，如圖8.4所示。例如，脫鹽要求GO的層間距小于0.7 nm，以從水中篩分水合Na +（水合半徑為0.36nm）。 通過部分還原GO以減小水合官能團(tuán)的尺寸或通過將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價(jià)鍵合以克服水合力，可以獲得這種小間距。與此相反，如果要擴(kuò)大GO的層間距至1~2 nm，可在GO納米片之間插入剛性較大的化學(xué)基團(tuán)或聚合物鏈（例如聚電解質(zhì)），從而使GO膜成為水凈化、廢水回收、制藥和燃料分離等應(yīng)用的理想選擇。 如果使用更大尺寸的納米顆粒或納米纖維作為插層物，可以制備出間距超過2nm的GO膜，以用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（例如人工腎和透析），這些應(yīng)用需要大面積預(yù)分離生物分子和小廢物分子。常規(guī)氧化石墨納米材料