1我报告的题目是基于碌酸化多肽降解受阻的石墨稀/多肽复合焚光探针用于蛋白激酶活性及抑制作用分析
2蛋白激酶催化作用下的蛋白质憐酸化是生物体内翻译后修饰的重要方式之一。蛋白质的憐酸化和去磷酸化这一可逆过程几调节着细胞的发育、增殖、分化、信号转导、神经活动、肌肉收缩、细胞凋亡及肿瘤发生等过程在内的大部分生命活动。非正常的磷酸化会导致人体产生各种疾病,例如癌症或老年痴呆症等。因此,准确灵敏地检测过度磷酸化、分析蛋白激酶活性和高通量蹄选高效抑制剂对于人类一些重大疾病的早期诊断和治疗极为重要。
传统用于蛋白激酶活性分析的方法依赖于放射性元素标记伽马-32P-ATP法,由于放射性物质对环境及其人体的危害而随之被取代,基于憐酸特异性识别抗体的免疫技术[146]、突光分析方法表面等离子共振技术[184,185]以及质谱等都能有效用于蛋白激酶的活性分析。
石墨稀(Graphene),是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的二维晶体,
是目前己知世界上强度最高的材料。石墨稀具有独特的电子、机械、热力学特性
在化学、质量、压力等传感应用中独具优势,。与碳纳米管相似,石墨烯对有机
荧光分子表现了有效的突光淬灭效果,这一过程中同时发生了激发态突光分子与
石墨烯表面之间的能量转移和电子转移。2010年诺贝尔物理学奖
氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，仍然具有淬灭荧光的效果
3本文首次提出了一种基于多肽/石墨烯突光浮灭机制和接肽酶降解作用的激
酶活性分析方法。酪蛋白激酶CKII是一种重要的丝氨酸/苏氨酸选择性蛋白激酶,
能磷酸化160种不同的蛋白质,我们以CKII为蛋白激酶模型。FITC 标记的CKII底物多
肽,FITC-peptide(FITC-RRRADDSDDDDD),能与GO发生有效的突光浮灭。幾肽酶CPY是一类
肽链端解酶,作用于任何一个C-末端残基,从肽链的C端开始逐个降解,释放出
游离氨基酸。FITC-peptide在CPY的消化作用下释放出游离的FITC分子,在
高离子强度环境下,游离FITC分子与GO之间的吸附较小而保持相当强的焚光。
而当FITC-peptide在CKII/ATP催化发生磷酸化,有效地阻碍CPY在憐酸化丝氨
酸位点的降解,使得FITC-多肽更容易与GO结合导致焚光淬灭。
1羧肽酶CPY 作用于任何一个C-末端残基逐个降解释放游离氨基酸，并释放出游离的FITC分子，在高离子强度环境下(猜想，故而加了氯化镁和钾)，与GO之间吸附较小保持相当强的荧光
4. 梭肽酶(carboxypeptidase Y,
CPY)、Staurosporine、弗斯可林(Fskorlin)和3-异丁基-1-甲基黄嘿呤(IBMX)
购买于西格玛公司(中国上海)。cAMP-依赖型蛋白激酶(PKA,催化亚基)购买
于Promega公司,酷蛋白激酶II (CKII)购买于New England Biolabs公司(美国)。
突光素标记底物多肽:FITC-RRRADDSDDDDD ( FITC-pep )、
FITC-RRRADDpSDDDDD (FITC-Ppep)和FITC-LRRASLG (FITC-kemptide) ATP、蛋白酶抑制剂和改良型Bradford蛋白总浓度检测试剂盒
牛血清蛋白(BSA)、三轻甲基氨基甲焼(Tris)、甘油、DTT、
EDTASynergy Mx酶标仪(BioTek仪器有限公司)进行突光光谱分析,所有样
品用480 nm作为激发波长,从500 nm到700 nm (25 °C)扫描焚光发射谱图。
5氧化石墨稀与多肽FITC-pep之间的劳光淬灭（氧化石墨烯对荧光强度的影响）FlTC-peptide+ TBS+ Tris-HCl+ MgCb+ KCl+氧化石墨稀
在96孔酶标板中加入60 nL浓度为的多肽(FlTC-peptide)溶液(溶
于TBS,即20 mM Tris-HCl,10 mM MgCb, 50 mM KCl, pH 7.5),每孔中加入
5 pL氧化石墨稀(浓度40 |ig ml/i),设定酶标仪混勻1 min,在480 nm激发下
扫描500 nm至700 nm的突光发射光谱。考察氧化石墨烯的浓度因素时,加入石
墨稀的浓度依次为0、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 mU'),
酶标仪设定程序同上。考察FITC-peptide的多肽片段对氧化石墨稀的亲和力时,
用游离的突光素FITC分子作为参照,与石墨稀在酶标板中混勻1 min后进行劳光
检测,程序同上。
6氧化石墨稀(GO)与多肽之间通过亲疏水性、电子共辄、电荷吸附等发生
相互作用。氧化石墨稀(GO)含有亲水性的离子化边缘和疏水性的中间片层因而
具有两亲性,当突光染料标记的多肽与石墨烯共存时,由于亲疏水作用、电荷吸
附等作用而导致多肽结合在GO表面,荧光染料分子与GO发生较强的能量转移
而导致焚光萍灭。当增加GO的浓度,FITC-peptide在520 nm处的焚光强度随之剧烈降低,GO 浓度为50 lag ml/i时,FITC-peptide劳光强度与
萍灭之前相比,下降至15%,萍灭程度非常高。而游离的FITC分子在与GO混
合之后,随着GO浓度的增加,FITC突光分子的焚光强度没有很明显的下降,当
GO浓度为50 i^g mL"'时,FITC分子的突光仍保持了90%,这说明GO对
FITC-peptide突光浮灭作用要远远大于游离的FITC分子,同时多肽片段因为能很
好的与GO结合,导致了FITC更易于GO接近,发生电子传递的劳光浮灭
7羧肽酶消化多肽底物（CPY浓度对荧光强度影响）
100^lL浓度为10|iM的多肽(FITC-peptide)溶液中,加入3.29 U mL/i的接
肽酶CPY,恒温25。(:孵育30 min,取反应液60 ^iL与氧化石墨稀(浓度40 ^ig ml/i)
在酶标板中混勻1 min后进行劳光检测,程序同上。考察梭肽酶CPY对憐酸化多
肽(FITC-Ppep)的消化作用时,釆用同样浓度的FITC-Ppep多肽(10 ^M)与
CPY作用,然后与石墨稀混合测突光发射光谱。考察接肽酶CPY对此浓度的多
肽的消化所需量时,在多肽溶液中加入CPY的浓度为:0-13.16UmL人其余条
件一致。FITC-peptide/FITC-Ppep+CPY+氧化石墨稀+其余条件
8检测PKA活性和抑制作用（研究不同激酶活性，激酶浓度的影响。CKII中加抑制剂浓度的影响）蛋白激酶CKII催化的憐酸化反应条件为:含有10^iM多肽(FITC-pep)、0.1 mMATP、10 U CKII、20 mM Tris-HCl, 10 mM MgCb, 50 mM KCl 的反应混合
液(pH7.5)在恒温30 °C反应1小时。蛋白激酶PKA催化的磷酸化反应条件为:
10^1肘多肽(FITC-kemptide)、0.1 mMATP、10 U PKA、50 mM Tris-HCl, 10 mM
MgCh的反应混合液(pH7.5)在恒温30 °C反应1小时。激酶催化憐酸化反应完
成后,取100 反应混合溶液,加入3.29 U 的接肽酶CPY,恒温25 °C孵
育30 min,再取60 |iL CPY消化后的反应液与氧化石墨烯(浓度40 |_ig ml/i)在
酶标板中混匀1 min后进行突光检测,程序同上。
分析蛋白激酶CKII的活性实验中,120 ^;!^憐酸化反应液中加入不同浓度的
激酶,即0-100 U。考察Staurosporine或H-89对激酶CKII的抑制效果时,在激
酶催化磷酸化反应时,加入lOUCKII,同时加入不同浓度的Staurosporine (0 - 20
I^M)或H-89 (0 - 0.2 mM).
9了两种广谱小分子抑制剂:Staurosporine、
H-89来进行考察。在CKII催化憐酸化反应缓冲液中,加入一系列浓度的激酶抑
制剂Staurosporine或H-89,反应完成后,加入CPY消化,然后与GO结合之后
检测突光强度,实验结果见图5.12。如图5.12A所示,随着Staurosporine浓度的
增加(0 - 20 ^M),多肽/GO复合物的突光依次增加,这表明Staurosporine对激
酶CKII活性有很好的抑制作用,当Staurosporine的浓度达5 |aM时,抑制作用达
到最强。从焚光强度对Staurosporine浓度的对数关系图得到Staurosporine的抑制
曲线,可以估算出Staurosporine对CKII的ICso值(最大抑制的50%对应的浓度)
为94nM,这与以往文献报道值接近[2°4]。另一方面,H-89对CKII活性的抑制作
用在图5.12B中体现,在激酶催化憐酸化反应中,改变抑制剂H-89的浓度(0 - 200
HM),随着H-89浓度旳增加,多肽/GO复合物的焚光强度也依次增加,这表明生物纳米材料构建蛋白激酶活性传感与蛋白质直接电化学
H-89对激酶CKII催化反应的抑制,相应的憐酸化水平逐步降低。通过焚光强度
对H-89浓度对数关系作图,得到H-89的抑制曲线。可以估算出H-89对CKII的
IC50值是1.18 laM,这与以往文献中报道值相当比较Staurosporine和H-89
对CKII活性的抑制作用结果,我们发现两种小分子抑制剂对CKII的抑制能力是
不一样的,Staurosporine的ICso值要明显小于H-89的,这说明Staurosporine的
抑制能力更强。因此,上述结果证实了我们提出的这种基于CPY消化作用及GO
突光萍灭作用的激酶活性分析方法,不仅能有效检测小分子抑制剂,而且能用于
蹄选激酶抑制剂。
10MCF-7细胞培养和裂解液的准备
MCF-7细胞（一种乳腺癌细胞）(1 X 105个细胞)培养在含有10%的胎牛血清,转录非必需氨基酸溶液(0.1 mM), 1%胰岛素-转铁因子-硒补充剂,青霉素(lOOUml/i),链霉
素(100mgmL_i),两性霉素B (0.25 mgrnL"')的培养液中。细胞在包含5%C02
的湿度氛围中孵育(37 °C)。用无血清培养基(ImL)代替细胞培养基在刺激之
前培养4小时,培养基中加入用二甲基亚砜(DMSO)配制的不同浓度的
Fosklin/IBMX（抑制细胞增殖）混合液(lOpL,Fosklin/IBMX最终浓度在图6A插图中显示)来激活细胞内的PKA。DMSO (10 laL)代替Fosklin/IBMX添加到培养基作为未激活
样品。激活30分钟后,将细胞转移至憐酸盐缓冲液(D-PBS)中,通过超声(200
W)2秒X60次,每次间隔3秒钟的方法超声破碎细胞。再将细胞裂解液在转速
22 000 rpm^ 4。C下离心60分钟,取上清液备用。
使用改良型Bradford总蛋白浓度试剂盒来估算细胞裂解液的总蛋白浓度,其
用牛血清蛋白(BSA)作为标准。不同浓度的BSA标准溶液(5-30|agniI/i)和
Bradford反应物孵育10分钟,用紫外-可见光谱得到该溶液在595 nm的吸光度,
标准浓度对吸光度的校正曲线通过线性关系得到。最后,将细胞提取物与Bradford
反应试剂混合,用上述提到的方法检测。总蛋白浓度通过参照标准曲线计算。所
有细胞裂解液的总蛋白浓度稀释为8 ml/i用于激酶活性实验
11。FITC-多肽的突光萍灭程度用(Po-PyPo
来计算,/>0为FITC-多肽与GO结合之前的焚光强度,P为FITC-多肽与GO结合
后的突光强度。如图5.14所示,FITC-kemptide在1号裂解样品参与的憐酸化下,
经CPY消化和GO的结合后,表现的突光萍灭程度最低((Po-P)/PQ = 0.52),随
着激活剂Foskolin/IBMX浓度的增加,FITC-多肽/GO复合物的突光浮灭程度依次增加,当浓度增加至第5号样品浓度值时(Ci:sk= 10 |iM,Cibmx = 20 ^iM),突光
浮灭程度达到最大((P()-P)/P() = 0.84),而再增加激活剂浓度,相应的劳光淬灭程
度反而有所下降。因此,我们提出的基于接肽酶CPY消化作用与氧化石墨稀突光
萍灭效应的蛋白激酶活性分析方法,能有效检测MCF-7细胞裂解液中激活PKA
的活性,拓宽了此种分析方法在分析检测中的应用
而CKII/ATP催化磷酸化后，有效组织CPY在磷酸化丝氨酸位点降解，使得FITC-多肽容易与GO结合导致荧光淬灭
酪蛋白激酶CKII催化肽链中邻近酸性氨基酸残基的丝氨酸/苏氨酸磷酸化的酶
FITC标记Triton X-100(聚乙二醇辛基苯基醚) 是一种非离子型表面活性剂（或称去污剂）
staurosporine蛋白激酶C(PKC)抑制剂
H-89也称H89，全称为N-[2-(p-Bromocinnamylamino)ethyl]-5-isoquinolinesulfonamide·2HCl
hydrate，是一种常用的PKA抑制剂。H-89可以通透细胞，可以选择性抑制cAMP、cGMP依赖的蛋白激酶PKA、PKG 和PKCμ，但对于PKA的选择性抑制作用更强。
H-89分子量为519.28，分子式为C20H20BrN3O2S·2HCl，CAS Number：127243-85-0。本产品纯度大于98%。
CKII酪蛋白激酶II
蛋白激酶C(PKC)是动物细胞内信号转导中重要的酶. 它是一族磷脂依赖的丝/苏氨酸激酶,
Foskin弗斯可林：毛喉鞘蕊花中所含的佛司可林为目前已知的最强的腺苷酸环化酶激活剂，能够直接激动腺苷酸环化酶，提高多种组织细胞中的环腺苷酸的浓度，从而参与多种细胞功能调节，它还是人体形成重要激素过程中不可缺少的部分。通过弗斯可林的作用可以降低血压，抑制过敏性反应，以及能够促进甲状腺素的分泌。弗斯可林的其他功效同样显著，包括抑制象由血小板激活因子（PAF）6引起的炎症以及抑制癌细胞的扩散。
IBMX, 3-异丁基-1-甲基黄嘌呤:cAMP 和cGMP 磷酸二脂酶的非专一性抑制剂。IBMX抑制了磷酸二脂酶，cAMP的增加激活了PKA蛋白激酶A（英语：Protein kinase A），一类cAMP-依赖型酶，其结果是减少增殖，增加分化和诱发凋亡. IBMX抑制由苯肾上腺素诱导的色胺（来自于神经内分泌上皮细胞的减少粘液IC50: 1.3 μM）的减少。也作为腺苷受体拮抗剂。------IBMX抑制cAMP间接抑制PKA
肯普肽；英文名称：kemptide因发现者肯普(Kemp)而得名。S6激酶的底物肽(LRRASLG)，可被磷酸化。C32H61 N13 O9
pH7.0到9.2之间。Tris碱的水溶液pH在10.5左右，一般加入盐酸以调节pH值至所需值，即可获得该pH值的缓冲液。但同时应注意温度对于Tris的pKa的影响。
DTT即DL-Dithiothreitol，中文名为二硫苏糖醇。分子式为C4H10O2S2，分子量为154.25，纯度>99%。
常用还原剂，有抗氧化作用，进口分装。DTT和巯基乙醇相比，作用相似，但DTT的刺激性气味要小很多，毒性也比巯基乙醇低很多。而且DTT比巯基乙醇的浓度低7倍时，两者效果相近，但
DTT价格略高一些。
在散布图中，通常还要用误差棒（error bar）注明所测量数据的不确定度的大小。
误差棒是以被测量的算术平均值为中点，在表示测量值大小的方向上画出的一个线段，线段长度的一半等于（标准或扩展）不确定度。它表示被测量以某一概率（68%或95%）落在棒上。图1表示不同时期几个单位对牛顿万有引力常数的测量结果，最下面的一个数据是国际科学技术委员会2002年给出的推荐值。
Synergy TM Mx 多功能微孔板检测系统，拥有独特的Fine-Tuned TM 技术，在微孔板检测领域独树一帜。 Synergy TM Mx 采用四光栅系统进行波长的选择，其波长重复性可精确到±0.2nm ，顶部探头可以100μm 的步进精度自动精准聚焦。Synergy TM Mx 的荧光检测采用了独特的带宽设计，激发和发射侧均可独立进行4种不同带宽的选择，可以有多达16种
的带宽组合满足不同荧光染料的检测要求。Synergy TM Mx 专利的4-Zone ?温控系统是目前最先进的技术，高达65℃的孵
育温度满足所有温控实验要求，在37℃时其温度准确性为±0.5℃。以上这些独到的设计以及BioTek 公司在微孔板检测系统和应用软件上所具有的高度专注，使得Synergy Mx 成为当今生命科学研究领域拥有最好精确 度、灵敏度和灵活性的多功能微孔板检测系统。
TBS （叔丁基二甲基硅烷）
单位 u/L 表示在每升有多少u,这个是属于一种剂量的单位,是需要根据检查的种类来做使用的.无确定值，因物而异 MCF-7:人乳腺癌细胞系两性霉素B ：链霉菌(Streptomycesnodosus)的培养液中分离而得的一类多烯类抗真菌药。
光致發光（Photoluminescence,簡稱PL ）
是指物質吸收光子（或電磁波）後重新輻射出光子（或電磁波）的過程。從量子力學理論上，這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發態後返回低能態，同時放出光子的過程。光致發光是多種形式的螢光（Fluorescence ）中的一種。
EC50，半最大效应浓度（concentration for 50% of maximal effect,EC50）是指能引起50%最大效应的浓度
氧化石墨烯的结构及应用 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆(Andre Geim)和康斯坦丁?诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功地从石墨中分离出一层碳原子构成的石墨烯，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。自此，石墨烯由于其突出的导热性、室温高速载流子迁移率、透光性和力学性能等，同时具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质，受到了世界各界的广泛关注，也成为科研领域的新兴宠儿。 氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化后的产物，它是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用前景，因为成为研究的又一重点。 一、氧化石墨烯的分子结构 石墨被强氧化剂氧化，氧原子进入到石墨层间，结合л电子，使层面内的二键断裂，并以C=O,C-OH, -COOH等官能团与密实的碳网面中的碳原子结合，形成共价键型石墨层间化合物。氧化石墨烯的理想结构组成为C400H，也有文献报道其组成为C X+(OH)Y-(H20)2，其中C、H、O等各元素的含量随氧化程度不同而发生改变，一般范围为C7O4H2-C24O13H9，目前，普遍认为氧化石墨是一个准二维固体物质。氧化石墨烯由尺寸不定的未被氧化的芳香“岛”组成，而这些“岛”则被含有醇羟基、环氧基团和双键的六元脂环所分开，芳香环、双键和环氧基团使得碳原子点阵格式近乎处于同一平面，仅有连接到羟基基团的碳原子有较轻微的四面体构型畸变，导致了一些层面的卷翘。官能团处于碳原子点阵格子的上下，形成了不同密度的氧原子分布。 干燥的氧化石墨在空气中稳定性较差，很容易吸潮而变成水合氧化石墨，层间距也会随其含水量的高低而有所不同。随含水量的增加，层间距从0.6nm增加到1.1nm,从而导致X射线(100)衍射峰的位置的变化。 鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位，许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述，以便有利于石墨烯材料的进一步研究，虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱，核磁共振等手段对其结构进行分析，但由于种种原因(不同的制备方法，实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响)，氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。 二、氧化石墨烯的制备方法 氧化石墨烯的制备方法主要有Brodie、Staudenmaier和Hummers三种方法，它们都是用无机强质子酸(如浓硫酸、发烟硝酸或它们的混合物)处理原始石墨，将强酸小分子插入石墨层问，再用强氧化剂(如KMnO4、KC104等)对其进行氧化。 1、Brodie法 1898年Brodie采用发烟HNO3体系，以KC103为氧化剂，反应体系的温度需先维持在0℃，然后，不断搅拌反应20-24h。洗涤后获得的氧化石墨的氧化程度较低，需进行多次氧化处理以提高氧化程度，反应时间相对较长。该法的优点是其氧化程度可利用氧化时间进行控制，合成的氧化石墨结构比较规整。但因采用KC103作氧化剂，有一定的危险性。
文章编号: 1007?8827(2014)01?0061?06 选择性还原氧化石墨烯 徐 超1, 员汝胜1, 汪 信2 (1.福州大学光催化研究所福建省重点实验室?国家重点实验室培育基地,福建福州350002; 2.南京理工大学教育部软化学与功能材料重点实验室,江苏南京210094) 摘 要: 还原氧化石墨烯已被广泛用于制备基于石墨烯的材料三目前,还原处理方法均是尽可能地将氧化石墨烯中的功能团去除,恢复石墨烯的电子结构三由于氧化石墨烯中氧基功能团(如羟基二羧基及环氧基)不同的反应活性,氧化石墨烯是可能通过分步的方法进行还原三利用醇溶剂如乙醇二乙二醇二丙三醇还原氧化石墨烯,并采用不同分析手段对样品进行表征三结果发现,在一定条件下这些醇可选择性地还原氧化石墨烯三经这些醇的处理后,氧化石墨烯中环氧功能团被大部分去除,而其他的功能团如羟基和羧基仍被保留三这种选择性去除氧化石墨烯表面功能团的方法可利于有效地控制氧化石墨烯的还原程度二获得具有特定功能团的石墨烯衍生物,从而扩大这类材料的使用范围三 关键词: 氧化石墨烯;氧化功能团;醇;选择性还原 基金项目:国家自然科学基金(21201036,21077023);福建省自然科学基金(2010J01035,2012J01039). 作者简介:徐 超,博士,讲师.E?mail:cxu@https://www.doczj.com/doc/3b6054862.html, Selective reduction of graphene oxide XU Chao1, YUAN Ru?sheng1, WANG Xin2 (1.Research Institute of Photocatalysis,Fujian Provincial Key Laboratory of Photocatalysis??State Key Laboratory Breeding Base,Fuzhou University,Fuzhou350002,China; 2.Key Laboratory for Soft Chemistry and Functional Materials of Ministry Education,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing210094,China) Abstract: The reduction of graphene oxide has been widely used to control the properties of graphene?based materials.Traditional methods thoroughly remove oxygenated functional groups in graphene oxides.We show that ethanol,ethylene glycol and glycerol can se?lectively reduce epoxy groups in graphene oxide while hydroxyl and carboxyl groups remain unchanged.Hydrazine hydrate can reduce ox?ygen functional groups except carboxyl groups.These selective removals can be used to control the reduction degree of graphene oxides and their properties.The electrical conductivity of the reduced graphene oxides with different types of oxygen functional groups varied sig?nificantly and increased with the degree of reduction. Keywords: Graphene oxide;Oxygenated functional groups;Alcohols;Selective reduction CLC number: TQ127.1+1Document code: A Received date:2013?07?10; Revised date:2013?12?22 Corresponding author:XU Chao,Ph.D,Lecturer.E?mail:cxu@https://www.doczj.com/doc/3b6054862.html, Foundation items:National Natural Science Foundation of China(21201036,21077023);Natural Science Foundation of Fujian Province (2010J01035,2012J01039). English edition available online ScienceDirect(http:∕∕https://www.doczj.com/doc/3b6054862.html,∕science∕journal∕18725805). DOI:10.1016/S1872?5805(14)60126?8 1 Introduction Graphene oxide(GO),utilized as precursor for a large?scale production of graphene?based materials,has attracted a great deal of attention in recent years[1?5]. GO sheets are electrically insulating,owing to their oxygenated functional groups(hydroxyl,carboxyl and epoxy groups)on surface,which usually need further treatments to restore the electrical conductivity for spe?cific applications[6].A lot of methods,such as chemi?cal reduction[7?9],laser irradiation[10,11],microwave ir?radiation[12,13],photocatalysis[14,15],solvothermal re?duction[16,17],have been explored to remove these atta?ched groups thoroughly and to recover graphene net?works of sp2bonds. Actually,researchers recently have found that the reduction degree of graphene oxide or oxidation degree of graphene has certain influences on their properties,such as electrical conductivity,catalysis activity and semi?conductive band positions[18?20]. Among these research work,the reduction degree of 第29卷 第1期 2014年2月新 型 炭 材 料 NEW CARBON MATERIALS Vol.29 No.1 Feb.2014
氧化石墨烯的制备及表征 文献综述 材料0802班 李琳 200822046
氧化石墨烯的制备及表征 李琳 摘要：石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3]，其片层厚度一般只能达到30~100 nm，难以得到单层石墨烯(约0.34 nm)，并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。而将石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液，再通过化学还原获得，已成为石墨烯制备的有效途径[4]。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。 关键词：氧化石墨烯，石墨烯，氧化石墨，制备，表征 Oxidation of graphite surfaces preparation and Characterization LI Lin Abstrat：Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and the
一．石墨烯常用修饰方法总结 石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35 nm。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质。 结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质(如溶剂等)的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集，使其难溶于水及常用的有机溶剂，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如提高溶解性、在基体中的分散性等)，必须对石墨烯进行有效的功能化。通过引入特定的官能团，还可以赋予石墨烯新的性质，进一步拓展其应用领域。功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。 从功能化的方法来看。主要分为共价键功能化和非共价键功能化两种。 1. 石墨烯的共价功能化 石墨烯的共价键功能化是目前研究最为广泛的功能化方法。尽管石墨烯的主体部分由稳定的六元环构成，但其边沿及缺陷部位具有较高的反应活性，可以通过化学氧化的方法制备石墨烯氧化物(Grapheneoxide)。由于石墨烯氧化物中含有大量的羧基、羟基和环氧键等活性基团，可以利用多种化学反应对石墨烯进行共价键功能化。 １.1 石墨烯的聚合物功能化 (１)聚乙二醇（PEG）具有优异的生物相容性和亲水性，被广泛应用于多种不同的功能化纳米材料，以提高这些材料的生物相容性，减小其对生物分子及细胞的非特定的约束力，也改善了体内的药物代谢动力学，以实现更好的肿瘤靶向性治疗[1,2,3-5]。2008年，Dai 等使用六臂星型氨基聚乙二醇的端氨基与纳米石墨烯片边缘的羧基通过亚胺催化酰胺形成反应，制备PEG 修饰纳米石墨烯片，得到的产物在用于体外给药和生物成像的生理溶液中显示了优良的分散性和稳定性[2]。 （2）除了PEG外，还有其他的被用来共价功能化GO的亲水大分子。刘庄工作组，将氨基修饰的DEX与GO通过共价键键合，得到了具有生物相容性的材料，这种材料大大提高了GO生理溶解性的稳定性[6]。Bao et al.
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3b6054862.html, 氧化石墨烯的绿色还原方法 作者：肖祖萍 来源：《学校教育研究》2018年第14期 石墨烯是一种单原子层的碳二维纳米材料，它是由碳六元环组成的二维蜂窝状点阵结构，碳原子的排列与石墨原子层排列相同。地球上不缺少石墨材料，为制备石墨烯材料提供了充足的原材料。目前常用的石墨烯只要由两大类方法制备，一种是将石墨氧化为氧化石墨烯，再通过化学方法将氧化石墨烯还原为石墨烯。另一种是通过化学方法或某些操作将石墨直接转化为石墨烯。在本文主要研究第一种方法中的绿色还原方法。本文中的石墨烯都是由氧化石墨烯通过还原得到的。石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。因为石墨烯的晶格结构，常会被误认为它很僵硬，但实际上却并非如此。例如，石墨烯作为目前已知的力学强度最高的材料，并有可能作为添加剂广泛应用于新型高强度复合材料之中；石墨烯良好的导电性及其对光的高透过性又让它在透明导电薄膜的应用中独具优势，而这类薄膜在液晶显示以及太阳能电池等领域的应用至关重要。 一、氧化石墨烯的制备 氧化石墨烯即石墨烯的氧化物，它是由石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物。氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法：Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全。目前最常用的制取氧化石墨烯的方法是由一个修改过的Hummer方法制备的。 二、氧化石墨烯的还原 1.绿色还原法 随着社会的发展和人们都环境的关注，我们越来越需要研究一些绿色的还原方法。绿色的还原方法即在还原氧化石墨烯的过程中不使用有毒的还原剂或不产生对环境产生危害的物质。绿色还原法对环境不会有危害或危害几乎可以不计，并可以得到较好的石墨烯。但有些绿色还原法还存在无法大规模生产的弊端，无法在应用到工业生产中去。目前常见的绿色还原方法有水热热还原氧化石墨烯、电化学还原氧化石墨烯、柠檬酸钠还原氧化石墨烯法、超声辅助镍粉绿色还原制备石墨烯、氧化石墨热解膨胀氢气还原法等。下面我们对这几种绿色还原方法做一个介绍。 （1）水热热还原氧化石墨烯 水热热还原氧化石墨烯是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高温、高压的条件下进行的化学反应。将氧化石墨烯溶解于溶剂中，在液相或超临界条件下，反应物分散且变得活
实验目的： （1）了解石墨烯的结构和用途。 （2）了解氧化后的石墨烯比纯石墨烯的性能有何提升 （3）了解Hummers法的原理 一、实验原理： 天然石墨需要进行先氧化，得到氧化石墨，再经过水合肼的作用下还原，才能得到在水相条件下稳定分散的石墨烯。 石墨的氧化过程采用浓硫酸和高锰酸钾这两种强氧化剂，氧化过程中先加浓硫酸，搅拌均匀后再加高锰酸钾，氧化过程从石墨的边沿进行，然后再到中间，氧化程度与持续时间有关。氧化过程中要增加石墨的亲水性，以便于分散，分散一般使用超声分散法。 氧化后的氧化石墨烯需要进行离心处理，使得pH值在6到7之间，目的是洗去氧化石墨烯的酸性，根本原因是研究表明氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可以形成稳定的悬浮液。 氧化石墨烯的还原有多种方法，化学还原和热还原等，化学还原采用水合肼，热还原采用作TGA后，加热到200℃，一般大部分的含氧官能团都能除去。 二、实验内容： 1、利用氧化还原法制备石墨烯 2、对制得的石墨烯进行结构表征 三、实验过程： 实验利用Hummers法进行实验： 1、在三颈瓶外覆盖冰块，制造冰浴环境，并在三颈瓶内放入搅拌磁石； 2、将冰状天然石墨4g和硝酸钠2g倒入三颈瓶中； 3、将92ml浓硫酸倒入三颈瓶中； 4、开启磁力搅拌器，把溶液搅拌均匀后再缓慢加入高锰酸钾12g，在冰浴环境下搅拌3h； 5、升温至35℃，保持搅拌0.5h或1h，此时是对石墨片层中间进行氧化作用，氧化程度与持续时间有关； 6、加入去离子水184ml，缓慢滴加，保持温度低于100℃，升温至90℃，保温3h，溶液变红； 7、加300ml去离子水和30%的双氧水溶液10ml，使得高锰酸钾反应掉，静置一晚，倒掉上层清液； 8、对溶液进行离心操作7-8次，使得pH值在6-7； 9、减压蒸馏，进行还原反应得到石墨烯； 10、对得到的产物进行结构表征。
还原氧化石墨烯横向尺寸分布影响因素初探* 张天友,张东 (同济大学材料科学与工程学院,上海200092) 摘要:化学还原剥离氧化石墨法制备的还原氧化石墨烯具有诸多优异性能,但所得还原氧化石墨烯横向尺度差异较大。利用化学还原法制备了还原氧化石墨烯,基于还原氧化石墨烯的AFM观测结果,初步统计分析了静置、磁力搅拌、离心和超声处理及它们的次序对还原氧化石墨烯横向尺寸分布的影响,结果表明后述3个步骤及次序是影响斑点状(横向尺寸< 100nm@100nm)和树叶状(横向尺寸>500nm@ 500nm)还原氧化石墨烯横向尺寸分布的主要因素。 关键词:化学法;还原氧化石墨烯;磁力搅拌;超声处理;离心处理 中图分类号:TQ127.1文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2009)10-1695-04 1引言 石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,碳原子的排列方式与石墨中单原子层一致;该新型二维碳材料具有诸多优异的性能,自2004年被发现以来引起了研究人员的广泛关注[1,2]。目前常用的制备方法包括:微机械剥离法[3]、外延生长法[4]和化学法[5,6]。其中化学法的生产成本相对低廉,且可实现大量生产,成为目前研究的热点之一。该方法的基本思路是,在一定条件下剥离分散在某些极性介质氧化石墨为氧化石墨烯(gr aphene ox ide[7],GO),再经化学还原处理得到还原氧化石墨烯(reduced gr aphene oxide[8],RGO)。近期的研究结果表明,化学制备的RGO是一种p型半导体材料[9,10],使得RGO不仅可以用作纳米复合材料的增强相[2],而且有望用作纳米电子器件的原料[1,9,10]。但是由化学法生产的还原氧化石墨烯横向尺度差异较大,从几十纳米到数千纳米[5,7]。Ritter等人[11]的研究表明石墨烯形貌影响其能带结构,进而影响石墨烯在纳米电子器件领域中的应用,所以需对化学法制备的还原氧化石墨烯进行分离,以满足不同的应用需求。因此,对RGO横向尺寸影响因素的探讨,有助于缩小RGO横向尺寸分布方法的发现。本文利用化学法制备RGO,研究了静置、磁力搅拌、超声、离心处理以及它们的次序对RGO横向尺寸分布的影响。2实验 2.1主要试剂 浓硫酸(98%,CR),盐酸(AR),双氧水30% (AR),高锰酸钾(AR),鳞石墨(500目),水合肼85% (CR)。 2.2主要仪器 超声波细胞粉碎机(KS-600),台式低速离心机(80-2),电热恒温水浴锅(DK-S22)。 RGO的制备过程主要包括4个部分:(1)配制氧化石墨和去离子水的混合液(150ml,1mg/ml),并在磁力搅拌和静置处理不同阶段取样,得到样品?、ò和ó(图1);(2)制备GO溶胶,调整离心(10min,4000r/ min)和超声(10min)处理次序,得到样品A,B和C(图2);(3)以水合肼为还原剂在一定温度下还原所得GO 溶胶,得到样品A.、B.和C.(图3);(4)制备对比样品D.(图4)。实验所用氧化石墨由改进后的H umm er s 法[12] 制得。 图1样品?、ò、ó的制备流程图 Fig1The flow char t of preparing sample?,ò, ó 图2样品A、B、C的制备流程图 Fig2T he flow chart of preparing sample A,B, C 图3样品A.、B.、C.的制备流程图 Fig3The flo w chart of preparing sample A.,B.,C. *基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2009A A05Z419);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-07-0626);上海市/科技创新行动计划0国际合作资助项目(0816*******) 收到初稿日期:2009-03-30收到修改稿日期:2009-08-03通讯作者:张东 作者简介:张天友(1981-),男,山东聊城人,在读博士,师承张东教授,从事纳米材料研究。
四：石墨烯的氧化还原法制备及结构表征 摘要：采用改进的 Hummers 法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨，经超声分散，然后在水合肼的作用下加热还原制备了在水相条件下稳定分散的石墨烯。用红外光谱、拉曼光谱、扫描探针显微镜和ζ电位仪对样品进行了结构、谱学、形貌和ζ电位分析。结果表明，石墨被氧化后形成以 C=O、C-OH、-COOH 和 C-O-C 等官能团形式的共价键型石墨层间化合物；还原氧化石墨后形成的石墨烯表面的官能团与石墨的相似；氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可形成稳定的悬浮液；氧化石墨烯和石墨烯薄片厚度为 1.0 nm 左右。考察并讨论了还原过程中水合肼用量，体系反应温度、反应时间和 pH 值对石墨烯还原程度和稳定性的影响，水合肼用量和反应时间是影响石墨烯还原程度的主要因素；pH 值对石墨烯稳定性影响较大。 实验部分 1.1原料:天然鳞片石墨(~74 μm)；高锰酸钾，浓硫酸，水合肼 (50%)，均为化学纯，市售；5% H2O2溶液，0.05mol · L-1HCl 溶液，体系的 pH 值用 0.1mol · L-1NaOH溶液调节。 1.2制备 氧化石墨制备：将 10 g 石墨、230 mL 98%浓硫酸混合置于冰浴中，搅拌 30 min，使其充分混合，称取 40 g KMnO4加入上述混合液继续搅拌 1 h 后，移入 40 ℃中温水浴中继续搅拌 30 min；用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 ℃以下)稀释至 800~1 000mL 后加适量 5% H2O2，趁热过滤，用 5% HCl 和蒸馏水充分洗涤至接近中性，最后过滤、洗涤，在 60℃下烘干，得到氧化石墨样品。石墨烯制备：称取上述氧化石墨 0.05 g，加入到100 mL pH=11 的 NaOH 溶液中；在 150 W 下超声90 min 制备氧化石墨烯分散液；在 4000 r· min-1下离心 3 min 除去极少量未剥离的氧化石墨；向离心
(2) (2) Abstract (2) Key words (2) I (3) (3) 2.1 GO (4) 2.1.1Brodie (5) 2.1.2 Staudenmaier (6) 2.1.3 Hummers (6) 2.2 GO (6) 2.2.1 (6) 2.2.2 (7) 2.2.3 . (7) 2.2.4 (7) (9) (10) (13)
, The Summarize of oxidation-reduction method for graphene Shaoqing Ma , Zhongai Hu (Northwest normal university, chemical engineering college, lanzhou, 730070) Abstract : In recent years, graphene with its unique structure and the outstanding performance, caused wide interests in the chemical, physical and material fields. People have made positive progress in the preparation of graphene,and have provided raw material guarantee for graphene of basic research and application development. This paper largely applied the latest references in recent years , reviewed the legal system with oxidation-reduction method for graphene and presented the development prospects. Key words : graphite oxide, graphene, oxidation-reduction method I
还原氧化石墨烯横向尺寸分布影响因素初探3 张天友,张 东 (同济大学材料科学与工程学院,上海200092) 摘 要: 化学还原剥离氧化石墨法制备的还原氧化石墨烯具有诸多优异性能,但所得还原氧化石墨烯横向尺度差异较大。利用化学还原法制备了还原氧化石墨烯,基于还原氧化石墨烯的A FM观测结果,初步统计分析了静置、磁力搅拌、离心和超声处理及它们的次序对还原氧化石墨烯横向尺寸分布的影响,结果表明后述3个步骤及次序是影响斑点状(横向尺寸< 100nm×100nm)和树叶状(横向尺寸>500nm×500nm)还原氧化石墨烯横向尺寸分布的主要因素。 关键词: 化学法;还原氧化石墨烯;磁力搅拌;超声处理;离心处理 中图分类号: TQ127.1文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)1021695204 1 引 言 石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,碳原子的排列方式与石墨中单原子层一致;该新型二维碳材料具有诸多优异的性能,自2004年被发现以来引起了研究人员的广泛关注[1,2]。目前常用的制备方法包括:微机械剥离法[3]、外延生长法[4]和化学法[5,6]。其中化学法的生产成本相对低廉,且可实现大量生产,成为目前研究的热点之一。该方法的基本思路是,在一定条件下剥离分散在某些极性介质氧化石墨为氧化石墨烯(grap hene oxide[7],GO),再经化学还原处理得到还原氧化石墨烯(reduced grap hene oxide[8],R GO)。近期的研究结果表明,化学制备的R GO是一种p型半导体材料[9,10],使得R GO不仅可以用作纳米复合材料的增强相[2],而且有望用作纳米电子器件的原料[1,9,10]。但是由化学法生产的还原氧化石墨烯横向尺度差异较大,从几十纳米到数千纳米[5,7]。Ritter等人[11]的研究表明石墨烯形貌影响其能带结构,进而影响石墨烯在纳米电子器件领域中的应用,所以需对化学法制备的还原氧化石墨烯进行分离,以满足不同的应用需求。因此,对R GO横向尺寸影响因素的探讨,有助于缩小R GO横向尺寸分布方法的发现。本文利用化学法制备R GO,研究了静置、磁力搅拌、超声、离心处理以及它们的次序对R GO横向尺寸分布的影响。2 实 验 2.1 主要试剂 浓硫酸(98%,CR),盐酸(A R),双氧水30% (AR),高锰酸钾(A R),鳞石墨(500目),水合肼85% (CR)。 2.2 主要仪器 超声波细胞粉碎机(KS2600),台式低速离心机(8022),电热恒温水浴锅(D K2S22)。 R GO的制备过程主要包括4个部分:(1)配制氧化石墨和去离子水的混合液(150ml,1mg/ml),并在磁力搅拌和静置处理不同阶段取样,得到样品Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ(图1);(2)制备GO溶胶,调整离心(10min,4000r/ min)和超声(10min)处理次序,得到样品A,B和C(图2);(3)以水合肼为还原剂在一定温度下还原所得GO 溶胶,得到样品A’、B’和C’(图3);(4)制备对比样品D’(图4)。实验所用氧化石墨由改进后的Hummers 法[12]制得 。 图1 样品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的制备流程图 Fig1The flow chart of p reparing sampleⅠ,Ⅱ, Ⅲ 图2 样品A、B、C的制备流程图 Fig2The flow chart of preparing sample A,B, C 图3 样品A’、B’、C’的制备流程图 Fig3The flow chart of preparing sample A’,B’,C’ 3基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2009AA05Z419);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET20720626);上海市“科技创新行动计划”国际合作资助项目(0816*******) 收到初稿日期:2009203230收到修改稿日期:2009208203通讯作者:张 东 作者简介:张天友 (1981-),男,山东聊城人,在读博士,师承张东教授,从事纳米材料研究。
氧化石墨烯在热还原中的非常规红外吸收机理 高分子科学与工程一班 3008208022 裴庆丽在固体中，原子和分子的振动红外吸收会通过非绝热的相互作用被电子作用所影响，如Fano效应。通常情况下，红外吸收的谱线形状被修改，或者红外禁止模是可以作为电子吸收调制被探测到的。与这种已知现象相反，在还原的氧化石墨烯中观察到巨大的红外吸收带，这来源于一种尚未被报告的结构的不对称延伸构型的电子态耦合，该结构含有聚集在缺陷边界的氧原子。自由电子被氧原子移动所诱导（感应），产生了一个强烈的红外吸收，它与声子模式同相。当所有的含氧化学物质，包括羟基，羧基，环氧和酮官能团，从洁净石墨烯补丁的相邻边界区域除去时，这种新的现象才是唯一可能的。 石墨烯，带有sp2-杂化蜂窝状二维炭晶格，由共轭六角形晶胞组成，由于其维数和独特的电子能带结构，石墨烯显示出特别的性能。石墨烯是带有线性色散的半金属碳材料，因为它的载流子表现为狄拉克费米子（零有效质量），这抑制了载流子反向反射。因此，有趣的物理性能已得到证明，比如高的本征载流子迁移率（3,000and-200,000cm2 V-1s-1），在亚微米尺度上的室温弹道输运，并带有大的平均自由行程，增强的库仑相互作用，弱本地化抑制和绝热玻恩-奥本海默近似偏差抑制。 实际设备使用的石墨烯取决于制造有限尺寸结构和控制化学稳定的边界形成的能力，因此非常需要了解一系列石墨烯材料的化学和物理性质。石墨烯氧化（或者甚至水合）是众所周知的去除费米能级状态的例子，从而生成一种绝缘体。因此预测附着在石墨烯上，任何形式（环氧基，羟基，羧基和酮式功能组）的氧，都会在基面和边界上降低费米能级的电子态，即导电性，如实验所示。石墨烯的确是一种良好的绝缘体，它在还原时只部分恢复弱的导电性。即使在高温热处理(800-1,100℃)后，会有一些残余氧(约8-10%)留在部分还原的单层氧化石墨烯中，此氧化石墨烯含有接近20%的sp3-杂化碳原子。因此，部分还原的氧化石墨烯不可能存在任何可测量的性质，包括自由电子。 我们在这里报告观察到一个意外强烈的红外吸收峰，它仅在氧化石墨烯还原时出现。该光谱归属于一个以前未报告的氧化物结构的特定模式（不对称的 C-O-C延伸），其中包含处于还原的氧化石墨烯（即清洁石墨烯区域）缺陷区域
石墨烯和氧化石墨烯作为新的纳米载体在药物输送方面的应用摘要 在过去的几年里，石墨烯材料在生物医学方面的应用（包括药物输送）发展迅速。由于其独特的性质:二维的平面结构、巨大的表面积、化学和机械稳定性、极好的导电性和良好的生物相容性，作为在生物医药方面最有前景的生物材料之一，石墨烯和氧化石墨烯受到了广泛的研究。这些特性使得在先进的药物输送系统的设计和提供广泛的治疗输送方面有领号的应用前景。在这篇评论中，我们概述了该领域的最新研究进展，并简要描述了当前对于石墨烯材料纳米载体及其生物相容性和毒性的改性方法。紧随其后的是对一些诱人例子的概括总结，这些例子证实了它们对抗癌药物和基因输送的可行性。此外,我们还对基于控制机理的新的药物输送概念进行了讨论，其中包括靶向目标和pH值的模拟，化学相互作用，热、光和磁感应等。最后,本文总结了所述内容，对该领域未来的发展前景和挑战得出了一个简要结论。 1.引言 开发新的和有效的药物输送系统,以改善治疗药物的治疗概况和疗效是现代医学所面临的关键问题之一。纳米科学和纳米技术的进步,使得新的纳米材料得以合成,促进了许多新药物输送系统的发展。近年来石墨烯的发现引起了人们日益增加研究关注，来探索这种新材料在药物输送方面的应用。石墨烯是碳原子SP2杂化堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构，自从2004年被发现以来，它已经引起了整个科学界的巨大兴趣。由于其独特的化学结构和几何结构,石墨烯具有非凡的物理化学性质, 包括高杨氏模量、高断裂强度、优异的导热和导电能力、载荷子的快速迁移率、高比表面积和良好的生物相容性。这些性质使得石墨烯在广泛的应用范围中都是理想的材料,包括量子物理学、纳米电子学、能源研究,纳米复合材料的催化和工程和生物材料等。在生物医药领域，作为一种新的生物材料石墨烯及其复合物在广泛的应用范围上提供了令人兴奋的机遇，包括新一代生物传感器、药物输送载体、细胞和生物成像探针。 石墨烯是其他石墨材料的基本构建单位，可构成具有不同几何图形的石墨材料(图1),如绕成球形结构(零维富勒烯),卷成一维结构(碳纳米管)或堆积成三维层状结构(石墨)。以这种角度来考虑,石墨烯类似于富勒烯和碳纳米管,只是层数、直径、长度和表面化学不同。石墨烯由单层的六元环π-π共轭结构构成,在概念上可视为平面芳香高分子。这种平面结构使其有能力固定大量的物质,包括金属、药物、生物分子、荧光探针和细胞。因此,毫不奇怪石墨烯在纳米医学和生物医学应用中引起了人们巨大的兴趣,经过适当改性的石墨烯可以作为一个很好的药物输送平台并用于抗癌药物/基因、生物传感、生物成像、抗菌应用、细胞培养和组织工程等。与碳纳米管相比，石墨烯表现出某些重要的性质，如价格低廉、可表面修饰、比表面积大、不含有毒金属离子。因此,石墨烯已经开始威胁到碳纳米管在许多应用中的统治地位,包括药物输送,并表现出低毒性和高生物相容性。在给药的情况下,一个例子是石墨烯纳米材料的载药比例(装载药物和载体的重量比)可以达到200%,与纳米粒子和其他药物输送系统相比，这个比例是相当高。戴的小组在2008年首创工作证明，通过非共价键的物理吸附，聚乙二醇功能化的氧化石墨烯可以用作一种新型的药物纳米载体来装载抗癌药物并具
创新实验课报告 题目：石墨烯的制备 专业…………………学生……… 学号……………指导教师……… 日期2014.05.09 哈尔滨工业大学
目录 1．绪论 (3) 1.1纳米技术概述 (3) 1.2碳纳米结构概述 (3) 1.3石墨烯的结构 (4) 1.4石墨烯的性能简介 (4) 2．实验目的及意义 (7) 3. 实验方案与实验步骤 (8) 3.1氧化还原法制备石墨烯概述 (8) 3.2 实验设备和实验试剂 (9) 3.3 制备氧化石墨烯 (10) 3.4 制备石墨烯 (11) 3.5 实验操作注意事项 (13) 4. 实验结果和分析 (15) 4.1 石墨烯的SEM分析 (15) 4.2 石墨烯的IR分析 (16) 4.2 石墨烯的Raman分析 (16) 5. 课程体会与建议 (18)
1．绪论 1.1纳米技术概述 纳米技术被称为第四世界的难题和21世纪的化学难题。纳米技术的重要意义在于，其技术应用尺度在0.1nm数量级至10nm数量级间，这属于量子尺度和静电尺度的模糊边界。从而导致纳米材料具有很特殊的性质，这种特殊性比较全面的表现在材料的物理性质和化学性质的各个方面。例如表面效应，在进行纳米尺度堆垛时，表面原子所占的比例越大的情况下堆垛体的直径越小。 1.2碳纳米结构概述 在石墨烯被发现后，碳纳米结构形成了一个从零维到三维的完整的体系。包括富勒烯，碳纳米管和石墨烯。 1.2.1 富勒烯 富勒烯即为，是第三种形式的单质碳。富勒烯这一名字来源于一次世博会上类 似的结构，在英文中也被称为Bucky Ball。在富勒烯被发现的过程中，有很多有趣的设想和实验。如Kroto设想红巨星附近的碳长链分子是一种碳团聚。Rice大学利用TOF-MS （飞行时间质谱仪）发现了峰。1985年《Science》上一篇文章的发表表明富勒烯的发现，但更伟大的意义在于这一事件标志着纳米技术的开端。 富勒烯由12个五边形和20个六边形构成，满足“定点数+面数-棱数=2”，D=0.7nm。这是一种完美的对称结构，在科研上具有很大的价值。例如富勒烯是一个可装入金属离子的绝缘体，有开发吵到材料的潜力，这也是笼中化学的范畴。但是富勒烯由于难以大量生产，实际应用的意义收到了很大限制。 1.2.2 碳纳米管 碳纳米管在1991年的时候由日本名城大学的S.Iijima发现，93年的时候，单壁碳纳米管被制备出来。碳纳米管是一种一维结构，在一维方向上具有非常高的强度和韧性，可以作为一种“超级纤维”使用。同时可以功能化为公家碳纳米管和非共价碳纳米管。 1.2.3 石墨烯 石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子，但实际上10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。而10层以上的则被称为石墨薄膜。在石墨烯发现前，科学界已经有无法制备出石墨烯的结论。从传统的物理学来讲，越薄的材料越易气化；朗道物理学中的观点是：在有限温度下，任何二维晶格体系都不能稳定存在。也就是说除非绝对零度，石墨烯不会存在，然而绝对零度是不可能达到的，也就是说无法得到稳定存在的石墨烯。即使这样，依旧有科学家不断尝试制备出石墨烯：在99年的时候，
石墨烯及氧化石墨烯在蛋白质检测中的应用 张爱红1，张姣2,3，林虹君2,3* 1中国人民解放军防化学院，北京102205; 2北京蛋白质组研究中心，蛋白质组学国家重点实验室，北京102206; 3军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京100850 摘要：近年来，随着石墨烯的问世，石墨烯及其氧化物——氧化石墨烯在生命科学领域，尤其是蛋白质检测研究中的应用日趋增多。石墨烯以其大的比表面积、优异的生化性能使其发挥了传统材料不可替代的作用。本文综述了石墨烯及氧化石墨烯在电免疫检测、生物质谱分析以及western blotting分析中的应用，并对其应用前景做一展望。 关键词：石墨烯，氧化石墨烯，蛋白质检测 The application of graphene and graphene oxide in the detection of protein ZHANG Ai-Hong1, ZHANG Jiao2,3, LIN Hong-Jun2,3 1Institute of Chemical Defense, Beijing 102205, China 2State Key Laboratory of Proteomics, Beijing Proteome Research Center, Beijing 102206, China; 3Beijing Institute of Radiation Medicine, Beijing 100850, China Abstract: In recent years, with the advent of graphene, the application of graphene and graphene oxide in the field of life sciences, particularly in the study of protein detection is increasing. Graphene, with its large specific surface area, excellent biochemical properties, has played an irreplaceable role of traditional materials. This paper reviews the application of graphene and graphene oxide in electricity immunity detection, biological mass spectrometry and western blotting analysis, and presents its application prospect. Key words: graphene, graphene oxide, detection of protein 石墨烯(graphene)是单原子厚度的二维碳原子晶体，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元。早在60年前人们就在理论上对石墨烯进行了研究，然而，直到本世纪初才获得独立的单层石墨。石墨烯因具有大的比表面积、优异的生物化学性能等一系列独特性质，引起了广大科研人员的极大兴趣[1,2]。然而，由于石墨烯表面功能基团较少，不易与生物分子结合，因此，首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯(graphene oxide, GO)，在其表面产生较多的羧基等功能基团，大大提高了其应用范围[3,4]。1 GO的制备 GO是高结晶度的石墨经强力氧化、水解得到的产物。GO的合成方法主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法[5]。这三大化学氧化方法都是用强质子酸处理石墨，形成石墨层间化合物，然后加入强氧化剂对其进行氧化。随着研究的发展，又出现了电化学氧化法[6]，以及对以上三种化学氧化法的改进，从而缩短了氧化时间，提高了制备效率[7-10]。图1为氧化石墨烯的结构模型图。