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氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，即活性氧。大量的实验研究已经确认细胞经不同浓度的GO处理后，都会增加细胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通过商业化的无色染料染色后利用流式细胞仪或荧光显微镜检测到。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。氧化应激反应不仅与GO的浓度[17,18]有关，还与GO的氧化程度[19]有关。如将蠕虫分别置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修饰的GO溶液中，GO会引起蠕虫细胞内活性氧的积累，其活性氧分别增加59.2%和75.3%。氧化石墨...

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7nm，以从水中筛分水合Na+（水合半径为0.36nm）。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种...

由于较低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在细胞成像方面**了一股研究热潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面结构和光学性质，或者经过荧光染料分子标记之后，可用于体外细胞与***光学成像[63-66]，使其在**显像和***方面具有很大的应用前景。Dai课题组[67]***利用纳米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近红外发光性质用于细胞成像。他们将抗体利妥昔单抗（anti-CD20）与纳米GO-PEG共价结合形成纳米GO-PEG-anti-CD20，然后将纳米GO-PEG和纳米GO-PEG-anti-CD20与B细胞或T细胞在培养液中4℃培养1h，培养液中纳米GO-PEG的浓度...

氧化石墨烯经还原处理后，对于提高其导电性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以应用于对于导电性、导热性等要求更高的应用中。在还原过程，含氧官能团的去除和控制过程本身也可成为石墨烯改性的一种方式，根据还原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和应用场景。例如，通过热还原方式得到的还原氧化石墨烯结构、形貌、组分可通过还原条件进行适当的调控。Dou等1人介绍了在氩气流下在1100-2000°C的温度范围内进行热处理得到的石墨烯结构和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉体材料的表面积增加至超过起始前驱体材料四倍，对氧化石墨烯进行热还原处理提高了氧化石墨烯的热学性能，赋予了氧化石墨烯材料热管理方面的应用。修复石墨...

石墨烯是一种在光子和光电子领域十分有吸引力的材料，与别的材料相比有很多优点[1]。作为一种零带隙材料，石墨烯的光响应谱覆盖了从紫外到THz范围；同时，石墨烯在室温下就有着惊人的电子输运速度，这使得光子或者等离子体转换为电流或电压的速度极快；石墨烯的低耗散率以及可以把电磁场能量限定在一定区域内的性质，带来了很强的光与石墨烯相互作用。虽然还原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中观测到的电子输运效应以及其它一些凝聚态物质效应，但其易于规模化制备、性质可调等优异特性，使其在传感检测领域展现出极大的应用前景。GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体。...

（1）将GO作为荧光共振能量转移的受体，构建荧光共振能量转移型氧化石墨烯生物传感器，用于检测各种生物分子。（2）可以将一些抗体键合在GO表面，构建成抗体型氧化石墨烯传感器，通常是将GO作为荧光共振能量转移或化学发光共振能量转移的受体，以此来检测抗原物质；或者利用GO比表面积较大能结合更多抗体的特点，将检测信号进行进一步放大。（3）构建多肽型氧化石墨烯传感器。因为GO是一种边缘含有亲水基团（-COOH，-OH及其他含氧基团）而基底具有高疏水性的两性物质，当多肽与GO孵育时，多肽的芳环和其他疏水性残基与GO的疏水性基底堆积，同时二者部分残基之间也会存在静电作用，这样多肽组装在GO上形成了多肽型氧化...

氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，即活性氧。大量的实验研究已经确认细胞经不同浓度的GO处理后，都会增加细胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通过商业化的无色染料染色后利用流式细胞仪或荧光显微镜检测到。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。氧化应激反应不仅与GO的浓度[17,18]有关，还与GO的氧化程度[19]有关。如将蠕虫分别置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修饰的GO溶液中，GO会引起蠕虫细胞内活性氧的积累，其活性氧分别增加59.2%和75.3%。关于GO...

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用，特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009年,Xia等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器（MGPD）[2]，如图9.6，以1-3层石墨烯作为有源层，Ti/Pd/Au作源漏电极，Si作为背栅极并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

太赫兹技术可用于医学诊断与成像、反恐安全检查、通信雷达、射电天文等领域，将对技术创新、国民经济发展以及**等领域产生深远的影响。作为极具发展潜力的新技术，2004年，美国**将THz科技评为“改变未来世界的**技术”之一，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱**重点战略目标”**，举全国之力进行研发。传统的宽带THz波可以通过光整流、光电导天线、激光气体等离子体等方法产生，窄带THz波可以通过太赫兹激光器、光学混频、加速电子、光参量转换等方法产生。碳基填料可以提高聚合物的热导率，但无法像提高导电性那么明显，甚至低于有效介质理论。合成氧化石墨型号氧化石墨烯（GO）与石墨烯的另...

氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在光电传感领域的应用，其基本依据是本章前面部分所涉及到的各种光学性质。氧化石墨烯因含氧官能团的存在具备了丰富的光学特性，在还原为还原氧化石墨烯的过程中，不同的还原程度又具备了不同的性质，从结构方面而言，是其SP2碳域与SP3碳域相互分割、相互影响、相互转化带来了如此丰富的特性。也正是这些官能团的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各种基于溶液的方法适应多种场合的需要，克服了CVD和机械剥离石墨烯在转移和大面积应用时存在的缺点，也正是这些官能团的存在，使其便于实现功能化修饰，为其在不同场景的应用提供了一个广阔的平台。石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。乌兰察布附近氧...

氧化石墨烯（GO）的光学性质与石墨烯有着很大差别。石墨烯是零带隙半导体，在可见光范围内的光吸收系数近乎常数（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系数要小一个数量级（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系数是波长的函数，其吸收曲线峰值在可见光与紫外光交界附近，随着波长向近红外一端移动，吸收系数逐渐下降。对紫外光的吸收（200-320nm）会表现出明显的π-π*和n-π*跃迁，而且其强度会随着含氧基团的出现而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光响应对其含氧基团的数量十分敏感[12]。随着含氧基团的去除，氧化石墨烯（GO）在可见光波段的的光吸收率迅速上升，**终达到2.3%这一...

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3nm。石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小有差异。官能化氧化石墨纳米材料近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波...

所采用的石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成GO的方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小、片层厚度、氧化程度（含氧量）、表面电荷和表面所带官能团等不同。GO的生物毒性除了有浓度依赖性，还会因GO原料的不同而呈现出毒性数据的多样性，甚至结论相互矛盾[2-9]。此外，GO可能与毒性测试中的试剂相互作用，从而影响细胞活性试验数据的有效性，使其产生假阳性结果。如：Macosko与其合作者[10]的研究发现，在细胞活性试验中利用四甲基偶氮唑盐（MTT）试剂与GO作用，GO的存在可以减少蓝色产物的形成。因为在活细胞中，当MTT减少时就说明有同一种颜色产物的生成。因此，基于MTT法试验未能体现出GO的细...

Su等人28利用氢碘酸和抗坏血酸对PET基底上的多层氧化石墨烯薄膜进行化学还原，得到30nm厚的RGO薄膜，并测试了其渗透性能。实验发现，对He原子和水分子完全不能透过。而厚度超过100nm的RGO薄膜对几乎所有气体、液体和腐蚀性化学试剂（如HF）是高度不可渗透的。特殊的阻隔性能归因于石墨烯层压板的高度石墨化和在还原过程中几乎没有结构损坏。与此结果相反，Liu等人29已经证明了通过HI蒸气和水辅助分层制备**式超薄rGO膜的简便且可重复的方法，利用rGO膜的毛细管力和疏水性，通过水实现**终的分层。采用真空抽滤在微孔滤膜基底上制备厚度低至20nm的**式rGO薄膜。氧化石墨的亲水性好，易于分散...

（1）将GO作为荧光共振能量转移的受体，构建荧光共振能量转移型氧化石墨烯生物传感器，用于检测各种生物分子。（2）可以将一些抗体键合在GO表面，构建成抗体型氧化石墨烯传感器，通常是将GO作为荧光共振能量转移或化学发光共振能量转移的受体，以此来检测抗原物质；或者利用GO比表面积较大能结合更多抗体的特点，将检测信号进行进一步放大。（3）构建多肽型氧化石墨烯传感器。因为GO是一种边缘含有亲水基团（-COOH，-OH及其他含氧基团）而基底具有高疏水性的两性物质，当多肽与GO孵育时，多肽的芳环和其他疏水性残基与GO的疏水性基底堆积，同时二者部分残基之间也会存在静电作用，这样多肽组装在GO上形成了多肽型氧化...

还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具有丰富的分子结合位点，使其成为一种很有希望的电化学传感器材料。结合原位还原技术，有很多研究使用诸如喷涂、旋涂等基于溶液的技术手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具备石墨烯相关性质的器件，以期在一些场合替代CVD制备的石墨烯。结构决定性质。氧化石墨烯（GO）的能级结构由sp3杂化和sp2杂化的相对比例决定[6]，调节含氧基团相对含量可以实现氧化石墨烯（GO）从绝缘体到半导体再到半金属性质的转换从微观方面，GO的聚集、分散、尺寸和官能团也对水泥基复合材料的力学性能有影响。浙江改性氧化石墨RGO制备简单、自身具有受还原程度调控的带隙，可以实现超...

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用，特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009年,Xia等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器（MGPD）[2]，如图9.6，以1-3层石墨烯作为有源层，Ti/Pd/Au作源漏电极，Si作为背栅极并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应，其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48]，当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯，这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似，这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样，这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能，在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态，而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度，可以控制其发光的波长。这一类量子...

与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应，其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48]，当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯，这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似，这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样，这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能，在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态，而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度，可以控制其发光的波长。这一类量子...

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用，特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009年,Xia等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器（MGPD）[2]，如图9.6，以1-3层石墨烯作为有源层，Ti/Pd/Au作源漏电极，Si作为背栅极并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

配体交换作用即：氧化石墨烯上原有的配位体被溶液中的金属离子所取代，并以配位键的形式生成不溶于水的配合物，**终通过简单的过滤即可从溶液中去除。Tang等47对Fe与GO（质量比为1：7.5）复合及Fe与Mn（摩尔比为3∶1）复合的氧化石墨烯/铁-锰复合材料（GO/Fe-Mn）进行了吸附研究，通过一系列的实验表明，氧化石墨烯对Hg2+的吸附机理主要是配体交换作用，其比较大吸附量达到32.9mg/g。Hg2+可在水环境中形成Hg(OH)2，与铁锰氧化物中的活性点位（如-OH）发生配体交换作用，从而将Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/铁-锰复合材料上，达到去除水环境中Hg2+的目的。氧化石墨烯经一定功...

氧化石墨烯（GO）是一种两亲性材料，在生理条件中一般带有负电荷，通过对GO的修饰可以改变电荷的大小，甚至使其带上正电荷，如利用聚合物或树枝状大分子等聚阳离子试剂。在细胞中，GO可能会与疏水性的、带正电荷或带负电荷的物质进行相互作用，如细胞膜、蛋白质和核酸等，因此会诱导GO产生毒性。因此在本节中，我们主要探讨GO在细胞（即体外）和体内试验中产生已知的毒性效应，以及产生毒性的可能原因。石墨烯材料的结构特点主要由三个参数决定：(a)层数、(b)横向尺寸和(c)化学组成即碳氧比例）。石墨烯微片的缺陷有时使其无法满足某些复合材料在抗静电或导电、隔热或导热等方面的特殊要求。无污染氧化石墨性能在GO还原成R...

氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注，其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础，但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先，氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，会***影响其在体内外的生物相容性，导致研究结果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论，需要综合多方面的因素进行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度，其***机理需要进一步的研究。***，氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞／体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环...

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了极高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有极高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。石墨烯微片的缺陷有时使其无法满足某些复合材料在抗静电或导...

所采用的石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成GO的方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小、片层厚度、氧化程度（含氧量）、表面电荷和表面所带官能团等不同。GO的生物毒性除了有浓度依赖性，还会因GO原料的不同而呈现出毒性数据的多样性，甚至结论相互矛盾[2-9]。此外，GO可能与毒性测试中的试剂相互作用，从而影响细胞活性试验数据的有效性，使其产生假阳性结果。如：Macosko与其合作者[10]的研究发现，在细胞活性试验中利用四甲基偶氮唑盐（MTT）试剂与GO作用，GO的存在可以减少蓝色产物的形成。因为在活细胞中，当MTT减少时就说明有同一种颜色产物的生成。因此，基于MTT法试验未能体现出GO的细...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分结...

氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，而厚度只有几纳米，具有两亲性，表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化学修饰，同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。另外，GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体（染料分子、量子点及上转换纳米材料）的荧光。这些特点都使GO成为制作传感器极好的基本材料[74-76]。Arben的研究中发现，将CdSe/ZnS量子点作为荧光供体，石墨、碳纤维、碳纳米管和GO作为荧光受体，以上几种碳材料对CdSe/ZnS量子点的荧光淬灭效率分别为66±17%、74±7%、7...

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7nm，以从水中筛分水合Na+（水合半径为0.36nm）。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种...

与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应，其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48]，当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯，这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似，这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样，这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能，在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态，而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度，可以控制其发光的波长。这一类量子...

氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注，其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础，但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先，氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，会***影响其在体内外的生物相容性，导致研究结果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论，需要综合多方面的因素进行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度，其***机理需要进一步的研究。***，氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞／体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环...