美國萊斯大學(xué)科學(xué)家們主導(dǎo)的一項研究證明，由石墨烯片燒制成的固體材料也許會非常適合用來作為骨植入材料。參與這項研究的人員利用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，將氧化石墨烯片制成了多孔固體材料。和傳統(tǒng)的骨植入材料鈦相比，這種多孔材料在力學(xué)性能和生物相容性上的表現(xiàn)都要更好。

    研究人員們相信，這一技術(shù)加上石墨模具，將可以用來制造非常復(fù)雜的石墨烯材料，而且耗時只需數(shù)分鐘，比起處理特種金屬來更方便。

    此次研究論文的共同第一作者萊斯大學(xué)博士后助理研究員 Chandra Sekhar Tiwary 表示：“石墨烯是一種非常有趣的材料，用途廣泛，它的生物相容性也很好。我們考慮用石墨烯來作為骨植入材料是因為四個方面：力學(xué)性能、密度、多孔性以及生物相容性。”

    Tiwary 表示，工業(yè)界一般用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)來制造復(fù)雜的陶制零件。“只要有很高的電壓就可以立刻將石墨烯片燒結(jié)在一起，無需很高的氣壓或溫度。”通過這一技術(shù)燒制的石墨烯固體材料孔隙度達(dá)到了近 50%，密度僅為石墨的一半和鈦的四分之一，但其抗壓強度卻有 40 兆帕，足以用作骨植入材料。石墨烯片之間的連接力足以保證材料不會在水中解體。

    研究人員們還可以通過改變電壓來控制這一材料的密度。他們在室溫條件下做了一系列試驗，嘗試 200 到 400 攝氏度的燒結(jié)溫度，結(jié)果顯示燒結(jié)溫度在 300 攝氏度時獲得的材料性能最好。Tiwary 說道：“二維材料的好處是可以連接的地方有很多。對于石墨烯來說，你只要突破一個很小的活化障礙就能得到非常強的連接。”

    他們還測試了這種固體材料的承載能力，接受測試的材料由兩層到五層石墨烯燒結(jié)而成，最高可以承受 70 微牛頓的力。德州大學(xué)安德森癌癥中心的研究人員還成功地在這一材料上培育成活了細(xì)胞，證明了其生物相容性。此外，德州大學(xué)安德森癌癥中心的研究人員還發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)過程會讓氧化石墨烯片變成更牢固、更穩(wěn)定的純雙層石墨烯。

    主導(dǎo)此次研究的萊斯材料實驗室科學(xué)家 Pulickel Ajayan 認(rèn)為：“這一材料顯示出了非常規(guī)材料在常規(guī)技術(shù)中的可能用途，但前提是二維石墨烯層可以大量被制成具備合適密度和強度的三維固體材料。”

    “實現(xiàn)這一目標(biāo)面臨的最大挑戰(zhàn)是，在工程上讓這些納米材料形成連接和牢固的接觸面。在這次研究中，用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)來將石墨烯片制成三維固體材料就非常有效。”