石墨烯及其衍生物被譽為“奇跡”材料，在電子、儲能、醫(yī)藥等社會各個領域有著廣泛的應用。談石墨烯的安全性，有些讀者可能感覺到奇怪，但如果有一天石墨烯真的被大規(guī)模應用，它將無處不在。隨著各類石墨烯基材料(GBMs）被不斷開發(fā)，其對人類健康和環(huán)境的潛在影響一直缺乏合理的綜合評價。有鑒于此，瑞典環(huán)境醫(yī)學研究所BengtFadeel，曼徹斯特大學CyrillBussy，的里雅斯特大學MaurizioPra教授和法國斯特拉斯堡大學AlbertoBianco等26位海外學者聯名在國際頂級期刊《ACSNano》上發(fā)表綜述文章。在本文中，作者討論了GBMs材料的合成和表征，并且使用體外和體內模型系統評估GBMs對人類和環(huán)境的危害，解開了GBMs材料的結構-活性關系。

石墨烯是首個被發(fā)現的二維原子晶體，具有許多超凡的性能，如機械剛度、強度和彈性，以及高電導率和熱導率，其衍生物目前也擁有多種不同的應用。安全與可持續(xù)發(fā)展石墨烯技術和產品需要密切關注材料對人類健康和環(huán)境的潛在影響，事實上，安全評估是材料走向應用的一個重要組成部分。

材料表征是危害評估的關鍵要素，碳納米管的毒理學評估就是一個很好的例子——碳納米管在某種程度上作為病原纖維，對人類具有潛在致癌性。當然，如果適當純化并加以表面修飾，碳納米管在納米醫(yī)學，例如藥物或基因傳遞和/或成像方面具有廣闊的前景。從以往的經驗教訓來看，如果我們承認新材料具有有用的特性，我們就必須承認，這種新材料可能帶來新的或未預料到的風險。這并不是說新材料的生物或毒理效應必然是“新奇的”，但我們需要了解這些材料的特性以及它們如何與生物效應相互作用，以便使它們既實用又安全。

【GBMs的合成與表征】

石墨烯研究中的一個重要問題是，“石墨烯”作為術語可以描述許多不同的GBM。為了補救這種情況，Graphene旗艦公司提出了一個GBM的分類方案，考慮三個關鍵參數：石墨烯層數、平均橫向尺寸和碳氧原子比(C:O)。使用這種分類可促進不同實驗室在研究之中的比較。

GBMs的合成

雖然文獻中有許多關于不同石墨烯合成方法的報道，但是當材料用于生物應用包括毒理學評價時，需要滿足某些特定要求。一般來說，對于體外研究，材料必須在水溶液中穩(wěn)定分散，并且雜質的量應仔細控制，因為生產通常不在無菌條件下或使用無菌溶劑進行，所以除了合成過程中產生的化學污染物外，還需要考慮生物污染物，即微生物或部分微生物(內毒素)的影響。常見獲得GBM用于生物應用的方法有：

1.超聲剝離法；為了成功地在水中剝離，通常使用層間的小分子或溶劑的輔助插層。比如Liuetal.采用過硫酸銨或過氧化氫插層法，在微波輻照下使石墨剝落，制備出高質量的多層石墨烯。

2.氧化石墨烯(GO)；大多數合成GO的方法是基于石墨氧化，也就是著名的Hummers法，其中包括使用氧化試劑和酸。這種方法會產生不同程度的氧化和雜質，必須引入額外的純化步驟以提高材料的純度。

3.還原氧化石墨烯(rGO)；獲得rGO的代表方法包括GO的化學、熱和電/光化學還原?；瘜W還原法優(yōu)于非化學還原法，因為提高了質量、效率和可以獲得穩(wěn)定的rGO分散液。最有效的化學還原劑是肼，然而，這種試劑不是很受歡迎，因為它對人類和環(huán)境具有毒性。

盡管上面討論的大多數合成方法都獲得了高質量的石墨烯，但是這些方法無法定標，限制了它們的工業(yè)應用。因此，以簡單和低成本的方式獲得大量的生物相容性石墨烯仍然是一個相當大的挑戰(zhàn)。

GBMs的表征

為了進行適當的危險評估，需要使用標準化的技術對材料進行良好表征。對于化學表征，最常用的技術是XPS、FT-IR、Raman、XRD、TGA和元素分析，TEM、SEM和AFM提供了材料的形態(tài)和尺寸的信息，阿米巴裂解液(LAL)檢測通常用于檢測納米材料和生物材料中的內毒素含量。值得注意的是，即使使用普適性方法制備出石墨烯材料(例如，GO)，最終產品通常也不是均勻的，而是具有不同性質的組分廣泛分布。通常，GBMs的毒性（或安全性）取決于物理化學性質，如大小、層數和表面化學性質，此外，雜質的存在和所使用的石墨烯合成方法也可能影響毒理學反應。

材料屬性的作用：參考數據庫

為了剖析（納米）材料特性在生物學影響方面的作用，應該考慮訪問適當的參考數據庫。2009年，Nel提議建立一個標準的納米材料數據庫，包括納米材料和納米顆粒的主要類別，他的原話是“itisimportanttolinkthelibrarydevelopmenttoananomaterialclassificationthatallowstoxicologicalmechanismstobeinterpretedintermsofintrinsicmaterialproperties”。從那時起，出現了一些數據庫，Zhouetal.開發(fā)了80個功能化碳納米管的組合數據庫，以揭示與細胞毒性和免疫應答有關的結構-活性關系。石墨烯與碳納米管和富勒烯一起被包含在納米碳的家族中。然而，我們認為，由于石墨烯的化學結構與納米管和富勒烯的化學結構顯著不同，因此化學成分不是人們應該考慮的唯一參數。

【石墨基材料的生物分布】

GBMs在暴露有機體中的命運受其內在物理化學特征(如橫向尺寸、厚度和C:O比/官能化)以及它們與生物環(huán)境接觸時的外在或后天獲得的特征的支配，此外，進入身體的入口也是物質隨后命運的主要決定因素。GBMs的內在特征可影響其生物分布、向次生器官的轉移、積累、降解和清除，然而，這些特性可能由于生物環(huán)境中存在的蛋白質和其他生物分子的吸附而改變。值得注意的是，隨著GBM從一個生物隔室移動到另一個生物隔室（例如，從肺部移動到血流），這些獲得的特征可能隨時間動態(tài)變化，并隨著局部環(huán)境的變化而演變。然而，由于免疫細胞或其他形式的生物轉化的降解，固有材料特性也會發(fā)生變化。

石墨烯基材料的多種染毒途徑

為了探討口服給藥的影響，Zhangetal.采用125I標記的小和大（兩種納米級）rGO片在口腔灌胃后60天內的生物分布，這兩種物質都存在于血液、心臟、肺、肝臟和腎臟中，腎臟中的含量在第一天顯著高于對照組，隨后迅速減少，但在第15天和第60天仍高于對照組，這些結果表明，兩種物質在胃腸道內迅速被吸收，并通過體循環(huán)到達次級器官。Lietal.采用125I標記的納米GO（橫向尺寸：10-800nm，1-2層）測定氣管內灌注后的生物分布，絕大多數的GO在肺中發(fā)現，在血液、肝臟和腎臟中也檢測到少量。這些結果歸因于直接從肺或通過腸道吸附向血液的轉移，因為大量物質也可在胃和腸中檢測到，可能是由于粘液毛清除、吞咽和再分布到胃腸道。

納米安全與藥物的橋接：靜脈給藥

納米材料在生物醫(yī)學應用中最常見的給藥途徑之一是靜脈(IV)途徑，納米醫(yī)學中大量的研究和開發(fā)工作已經證實，形狀、尺寸和表面電荷是決定納米材料在靜脈注射后的生物分布和命運的最重要的物理化學參數。

總的來說，證據表明GBM能夠跨越生理屏障，到達遠離進入點的次級器官，然而，由于缺乏已發(fā)表的數據和缺乏系統的調查，就GBM的物理化學特征和生物分布模式之間的關系得出確定的結論還為時過早。