氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團(tuán)含有孤對電子,可作為配位體與具有空的價(jià)電子軌道的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),生成不溶于水的絡(luò)合物,從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復(fù)合材料(EDTA-GO),通過研究發(fā)現(xiàn)其對金屬離子的吸附機(jī)制主要為絡(luò)合反應(yīng),即氧化石墨烯的表面官能團(tuán)與水中的金屬離子反應(yīng)形成復(fù)雜的絡(luò)合物,具體過程如圖8.7所示,由于形成的絡(luò)合物不溶于水,可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。靜電作用的強(qiáng)弱與氧化石墨烯表面官能團(tuán)產(chǎn)生的負(fù)電荷相關(guān)。常州常規(guī)氧化石墨
氧化石墨烯基納濾膜水通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的納濾膜,但是氧化石墨烯納濾膜對鹽離子的截留率還有待提高。Gao等26利用過濾法在氧化石墨烯片層中間混合加入多壁碳納米管(MWCNTs),復(fù)合膜的通量達(dá)到113L/(m2.h.MPa),對于鹽離子截留率提高,對于Na2SO4截留率可達(dá)到83.5%。Sun等27提出了一種全新的、精確可控的基于GO的復(fù)合滲透膜的設(shè)計(jì)思路,通過將單層二氧化鈦(TO)納米片嵌入具有溫和紫外(UV)光照還原的氧化石墨烯(GO)層壓材料中,所制備的RGO/TO雜化膜表現(xiàn)出優(yōu)異的水脫鹽性能。常州常規(guī)氧化石墨修復(fù)石墨烯片層上的缺陷,可以提高石墨烯微片的碳含量和在導(dǎo)電、導(dǎo)熱等方面的性能。
在氧化石墨烯的納米孔道中,分布著氧化區(qū)域和納米sp2雜化碳區(qū)域,水分子在通過氧化區(qū)域時(shí)能夠與含氧官能團(tuán)形成氫鍵,從而增加了水流動(dòng)阻力,而在雜化碳區(qū)域水流阻力很小。芳香碳網(wǎng)中形成的大多數(shù)通路被含氧官能團(tuán)有效阻擋,從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質(zhì)12,13。相比于其他納米材料,GO為快速水輸送提供了較多優(yōu)越性能,如光滑無摩擦的表面,超薄的厚度和超高的機(jī)械強(qiáng)度,所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術(shù),已經(jīng)成功地應(yīng)用到水處理的各個(gè)領(lǐng)域,引起越來越多的企業(yè)家和科學(xué)家的關(guān)注8-11。GO薄膜在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用主要是去除海水中的鹽離子,探究GO薄膜的離子傳質(zhì)行為具有更為重要的實(shí)用意義。
目前醫(yī)學(xué)界面臨的一個(gè)棘手的難題是對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(mesenchymalstemcells,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,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。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。
由于GO表面具有較高的親和力,蛋白質(zhì)可以吸附在GO表面,因此在生物液體中可以通過蛋白質(zhì)來調(diào)節(jié)GO與細(xì)胞膜的相互作用。如,血液中存在著大量的血清蛋白,可能會(huì)潛在的影響GO的毒性。Ge與其合作者[16]利用電子顯微鏡技術(shù)就觀察到牛血清蛋白可以降低GO對細(xì)胞膜的滲透性,抑制了GO對細(xì)胞膜的破壞,同時(shí)降低了GO的細(xì)胞毒性?;诜肿觿?dòng)力學(xué)研究分析,他們推斷可能是由于GO-蛋白質(zhì)之間的作用削弱了GO-磷脂之間的相互作用。與此同時(shí),GO對人血清蛋白的影響也被其他科研工作者所發(fā)現(xiàn),特別是他們觀察到了GO可以抑制人血清蛋白與膽紅素之間的作用。因此,GO與血清蛋白之間是相互影響的。石墨烯在可見光范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)近乎常數(shù)。氧化石墨性能
雖然GO具有諸多特性,但是由于范德華作用力,使GO之間很容易在不同體系中發(fā)生團(tuán)聚。常州常規(guī)氧化石墨
GO在生理學(xué)環(huán)境下容易發(fā)生聚**影響其負(fù)載藥物的能力,因此需要對GO進(jìn)行功能化修飾來解決其容易團(tuán)聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種:(1)共價(jià)鍵修飾,由于GO表面豐富的含氧官能團(tuán)(羥基、羧基、環(huán)氧基),可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價(jià)鍵連接完成功能化,改善其穩(wěn)定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等;(2)非共價(jià)鍵修飾[22-24],GO片層內(nèi)碳原子共同形成一個(gè)大的π鍵,能夠通過非共價(jià)π-π作用與芳香類化合物相互結(jié)合,不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價(jià)作用力與GO結(jié)構(gòu)中的SP2雜化部分結(jié)合完成功能化修飾。常州常規(guī)氧化石墨