雖然硬件、軟件和各種設(shè)計(jì)機(jī)制對3D打印至關(guān)重要，但材料科學(xué)是這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的核心，并日益成為主流。使用金屬和碳纖維進(jìn)行3D打印現(xiàn)在特別受歡迎，并且變得越來越便宜與為每個(gè)人所接受，而這最初僅限于擁有更多財(cái)政資源和研究能力的工業(yè)公司。石墨烯，有時(shí)被稱為“半金屬”，由于其超輕的重量和令人難以置信的強(qiáng)度而被吹捧為充滿神奇功能的材料——甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鉆石與鋼鐵。這種材料是否也可以變?yōu)橹髁?？如果是，這會(huì)是一件好事嗎？

日前，來自印度的兩位研究人員發(fā)表了《石墨烯綜合應(yīng)用：生物醫(yī)學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)》的研究論文，探討了石墨烯在3D打印中的應(yīng)用，以及暴露于細(xì)胞時(shí)可能產(chǎn)生的潛在毒性。石墨烯的獨(dú)特之處在于它是一種2D結(jié)構(gòu)，具有令人難以置信的強(qiáng)度、剛性和令人興奮的品質(zhì)，如導(dǎo)電性。但在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，比如創(chuàng)建支架以促進(jìn)活細(xì)胞生長或用于藥物遞送、生物成像、甚至生物傳感時(shí)，人們又對其安全性感到擔(dān)憂。

這種獨(dú)特材料的合成通過自上而下或自下而上的方法進(jìn)行，分別使用化學(xué)燒蝕、電化學(xué)氧化或等離子體處理——或者用相當(dāng)大的石墨烯片向上構(gòu)建。正如印度這兩位科學(xué)家指出的那樣，氧化石墨烯（GO）被認(rèn)為是生物醫(yī)學(xué)用途中最柔韌的，與氧化程度較低的RGO一樣，兩者都具有更好的水溶性。

“石墨烯穩(wěn)定分散體的制備由于其疏水性，仍然是一個(gè)尚未解決的問題，”研究人員說，“這可以通過幾個(gè)小時(shí)的超聲波處理石墨烯懸浮液來實(shí)現(xiàn)，也可以通過使用表面活性劑或聚合物來實(shí)現(xiàn)?！?/span>

隨著時(shí)間的推移，研究人員對各種溶劑進(jìn)行了研究，但這再次提高了毒性的可能性，這就是為什么現(xiàn)在有一種更環(huán)保、更純粹的方法來制造優(yōu)質(zhì)石墨烯片的趨勢，例如那些采用高速剪切混合技術(shù)的石墨烯，而不需要可能有毒的化學(xué)品的方法。繼續(xù)研究在這一領(lǐng)域是重要的，因?yàn)槭┰谏镝t(yī)學(xué)應(yīng)用中具有難以置信的潛力，同樣適用于藥物傳遞，包括基因和蛋白質(zhì)，以及作為生物傳感器的石墨烯底物、抗微生物劑和組織工程。

“支持其臨床應(yīng)用的GO的壓倒性特性是兩親性，表面官能度，熒光猝滅能力和表面增強(qiáng)拉曼散射性質(zhì)。石墨烯缺陷部位的疏水性，大比表面積，波紋和晶界是考慮其生物醫(yī)學(xué)用途的重要因素。”研究小組表示。

隨著這項(xiàng)研究/審查，科學(xué)家們也意識(shí)到3D打印和石墨烯以互補(bǔ)的方式非常適合彼此，石墨烯也致力于增強(qiáng)聚合物材料（特別是在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中），因此經(jīng)常在這種不斷發(fā)展的技術(shù)中使用：

“……在3D打印的幫助下，可以調(diào)整一系列生物材料，以獲得復(fù)雜組織工程應(yīng)用所需的特性和多種功能，以及制造適合手術(shù)的結(jié)構(gòu)?！?/span>

然而，石墨烯如何與生物結(jié)構(gòu)混合仍然存在很大的擔(dān)憂，研究人員列出了許多可能對相互作用產(chǎn)生影響的因素，包括：

·細(xì)胞的大小和形狀

·橫向尺寸

·表面化學(xué)

·雜質(zhì)

·凝聚

“石墨烯與細(xì)胞膜之間的物理相互作用被認(rèn)為是石墨烯誘導(dǎo)毒性的主要機(jī)制，”研究人員表示。“石墨烯片的尖銳邊緣會(huì)對細(xì)胞膜造成損傷，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物的泄漏。此外，GO和RGO都會(huì)在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中誘導(dǎo)細(xì)胞毒性、氧化應(yīng)激和DNA損傷?！?/span>

雖然研究人員看到石墨烯在許多不同應(yīng)用中的光明前景，包括生物醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用，但在科學(xué)家和醫(yī)學(xué)專業(yè)人員試圖幫助克服對人類毒性的問題上，仍然存在明顯的和主要的障礙。

“歐洲新興和新發(fā)現(xiàn)的健康風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)委員會(huì)將石墨烯列入危險(xiǎn)材料清單?？紤]到石墨烯的毒性潛力，仍有許多空白需要填補(bǔ)。在評估毒性時(shí)，應(yīng)考慮所有物理化學(xué)參數(shù)，包括尺寸、形狀、附聚、層厚度、橫向尺寸和原子組成等。從生物學(xué)的角度來看，應(yīng)徹底調(diào)查濃度、持續(xù)時(shí)間、接觸途徑和雜質(zhì)的影響?！闭撐淖髡哒f。

“總之，石墨烯有望為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供令人興奮的納米平臺(tái)，但仍有許多問題需要解決。建議對石墨烯衍生物進(jìn)行廣泛的安全性評估或驗(yàn)證，然后再考慮將其用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用或臨床應(yīng)用。”

藥物和基因傳遞應(yīng)用。 a）阿霉素用胺-聚乙二醇功能化GO.b）用PEI結(jié)合的GO作為基因沉默技術(shù)(RISC-RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物)進(jìn)行siRNA的傳遞和mRNA的降解。