石墨烯為何可以引爆醫(yī)療的下一次革命？

兩位英國(guó)物理學(xué)家通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法從石墨中分離出單層石墨，即石墨烯，并因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是由二維單層碳原子組成的六角晶格物質(zhì)，是世界上最薄、最好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，具備極高的透光性和柔韌性。正因?yàn)檫@些優(yōu)異的性能使之贏得了“最完美材料”的美譽(yù)，許多人還認(rèn)為21世紀(jì)將成為“石墨烯時(shí)代”。

石墨烯是一種研究性極強(qiáng)的多用途物質(zhì)，可能給我們生活的方方面面帶來(lái)革命：如用來(lái)生產(chǎn)防水膜以解決全球水資源短缺問(wèn)題;取代當(dāng)前電子產(chǎn)品中的硅，以更小的體積提供更強(qiáng)的性能;開(kāi)發(fā)下一代能源解決方案，如太陽(yáng)能電池或幾分鐘即可充滿的手機(jī)電池。此外，石墨烯還可應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域，如藥物傳送、癌癥治療和生物傳感等，目前研究人員已經(jīng)在進(jìn)行相關(guān)研究。石墨烯擁有許多獨(dú)特的屬性，如更大的表面積、生物適應(yīng)性和化學(xué)穩(wěn)定性，這使得石墨烯具有極大的研究潛力，并被給予厚望。

人工植入設(shè)備是當(dāng)前醫(yī)療市場(chǎng)的一個(gè)主旋律，將來(lái)石墨烯可能在這些設(shè)備中扮演極其重要的角色。石墨烯的生物適應(yīng)性和機(jī)械強(qiáng)度可用于制作各種復(fù)合生物材料;其導(dǎo)電性可用于需要該屬性的器官，如神經(jīng)組織和脊髓元素。例如，密歇根理工大學(xué)研究人員將石墨烯引入3D打印神經(jīng)組織已取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種高分子材料來(lái)培養(yǎng)組織，利用石墨烯作為導(dǎo)電體。

生物傳感是一項(xiàng)正在快速發(fā)展的新技術(shù)，有潛力應(yīng)用到許多醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，而石墨烯在檢測(cè)食品毒素、環(huán)境污染、特定病菌和細(xì)菌等方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，將石墨烯氧化物附著在特定毒素的類似于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)上可產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)信號(hào)，以便高敏感傳感器檢測(cè)到毒素，其檢測(cè)能力相當(dāng)于普通傳感器的10倍。此外，在利用傳感器預(yù)測(cè)心臟病發(fā)作方面，石墨烯氧化物還能檢測(cè)到血液中的特定微粒子，而這些微粒子是在心臟病發(fā)作前釋放的。當(dāng)前，基于石墨烯的類似傳感器已在研發(fā)之中，主要用于檢測(cè)多種疾病、毒素和生物標(biāo)記。

石墨烯還擁有極大的潛力來(lái)檢測(cè)和治療癌癥。在檢測(cè)方面，中國(guó)的科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了基于石墨烯場(chǎng)效晶體管的單細(xì)胞傳感器，甚至能檢測(cè)出單一癌細(xì)胞。而英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯氧化物可作為一種抗癌藥劑來(lái)對(duì)抗特定癌細(xì)胞。配合當(dāng)前的療法，可能使腫瘤收縮，遏制癌癥發(fā)展速度，以及治療后的復(fù)發(fā)。

石墨烯還被廣泛研究用于癌癥藥物的傳送，這主要得益于其較大的表面積允許將大量藥物傳送至體內(nèi)的特定區(qū)域。除了用于癌癥檢測(cè)和藥物傳送，石墨烯本身也被研究作為一種抗癌藥劑。例如，利用其熱傳導(dǎo)特性將非電離的無(wú)線電波轉(zhuǎn)換成熱能，殺死癌細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和DNA。

當(dāng)前DNA測(cè)序的重要性日益凸顯，它不僅能對(duì)人類構(gòu)成有更深入地了解，還能進(jìn)一步了解遺傳性疾病、癌癥類型和人體免疫系統(tǒng)。而基于石墨烯的DNA測(cè)序通常需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)石墨烯薄膜，將其浸入導(dǎo)電流體中，在一端加電讓DNA分子經(jīng)過(guò)石墨烯的小孔，從而讓科學(xué)家讀取DNA序列。該技術(shù)被稱為“納米孔DNA測(cè)序”，其特點(diǎn)是讀取快，測(cè)序成本低。

納米醫(yī)學(xué)目前尚處于初期發(fā)展階段，同樣石墨烯在醫(yī)療市場(chǎng)的應(yīng)用也處于早期發(fā)展階段。但它有潛力進(jìn)入許多醫(yī)療領(lǐng)域，并帶來(lái)革命性變化?，F(xiàn)在我們要做的是鼓勵(lì)更多的研發(fā)項(xiàng)目，以確保將來(lái)出現(xiàn)更有效、更持久的預(yù)防和治療方法。