最近澳大利亞悉尼大學化學和生物分子工程學院Dr. Karahan（第一作者），陳元教授（通訊作者）和新加坡制造技術研究所魏軍博士等作者合作撰寫了綜述對當前石墨烯材料在抗菌納米醫學領域的研究做了系統的歸納總結。

    文章首先梳理了石墨烯材料的主要抗菌機理。石墨烯材料的抗菌活性主要包括四種機制：（1）物理穿刺或者叫做“納米刀”切割機制；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）通過插入和破壞細胞膜物質造成細胞膜不穩定。根據石墨烯材料和細菌的不同接觸狀態，上述幾種機制協同作用導致細胞膜的完全破壞（殺菌作用）和阻遏細菌生長（抑菌作用）。

    而這些抗菌機制會受到三大因素的影響：（1）石墨烯材料的結構。按照制備方法的不同， 石墨烯結構的三個基本結構參數：層數、 橫向尺寸、和化學組成（碳氧比例）會在一個很大的范圍內變化。石墨烯材料的化學性質（表面功能團）對以上的幾個機制有很大影響，特別是影響氧化應激產生和與微生物表面分子間相互作用。控制這些參數是調控石墨烯材料抗菌活性的關鍵。 （2）生物因素（微生物）。目前石墨烯材料對代表性的革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌相互作用的相關文獻顯示微生物細胞壁結構會影響石墨烯材料的抗菌性能。另外細菌的形狀和細菌生理條件也會影響石墨烯材料的抗菌效果。深入了解抗菌劑對不同種類微生物的不同效果對于更好的理解抗菌機理和抗菌劑的有效應用都至關重要。微生物的外膜結構可能是影響其和石墨烯材料相互作用的核心。（3）非生物因素（外因）。無機和有機溶質等非生物因素也會左右石墨烯材料的抗菌性能。作為石墨烯材料-微生物相互作用的的三方，非生物外因將通過以下兩個途徑產生影響：影響石墨烯材料的聚集行為和生物利用度，和改變微生物的行為。以離子強度為例，它會引起石墨烯材料的團聚，妨礙它與微生物相互作用從而導致其抗菌能力降低；而添加穩定劑有助于石墨烯材料的分散，從而提高它的抗菌效力。

    文章接著分析了石墨烯材料作為抗菌劑在生物醫學領域可能出現的四個主要形態：膠狀分散體、表面涂層、光熱治療材料，和可控緩釋平臺。然后，從傳統碳材料（活性炭）的臨床應用出發，評估了石墨烯材料在創傷敷料、抗感染涂層、納米抗生素三個臨床應用領域的研究現狀和應用前景。最后提出了石墨烯材料在生物醫學領域下一步的重點研究方向。

    目前臨床中已經實現廣泛應用的常規碳材料可以做為石墨烯材料有益的參考。從常規碳材料的生物醫學應用出發，作者提出了下階段針對石墨烯材料研究的幾個重點方向：（1） 解決目前研究中存在的分歧。比如氧化石墨烯是否真得能促進細菌生長和誘發生物膜的形成？（2）填補關鍵的知識空白。石墨烯對不同種類微生物的抗菌活性有什么不同？（3）深入納米材料的生物毒性研究。

    目前對石墨烯材料的抗菌活性的研究還集中在基礎研究。而對各種生物相關影響因素（比如微生物的種類及其生理的改變）的了解最為缺失。很多研究集中在金屬納米銀顆粒和石墨烯的復合材料，作者提出將石墨烯和常規碳材料相互結合可能是很有潛力的發展方向。總的來說，石墨烯材料正得到生物醫學領域越來越多的關注。通過對石墨烯材料進一步的結構和性能上的改進，它們有可能在不久的將來成為有效的納米抗菌劑。

    相關綜述以“Graphene Materials in Antimicrobial Nanomedicine: Current Status and Future Perspectives”為題發表在Advanced Healthcare Materials （DOI: 10.1002/adhm.201701406）。

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責任編輯：王元

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