学术前沿
石墨烯在医用领域的应用
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详细介绍
石墨烯是一种研究性极强的多用途物质，可能给我们生活的方方面面带来革命：如用来生产防水膜以解决全球水资源短缺问题；取代当前电子产品中的硅，以更小的体积提供更强的性能；开发下一代能源解决方案，如太阳能电池或几分钟即可充满的手机电池。此外，石墨烯还可应用于生物医疗领域，如药物传送、癌症治疗和生物传感等，目前研究人员已经在进行相关研究。石墨烯拥有许多独特的属性，如更大的表面积、生物适应性和化学稳定性，这使得石墨烯具有极大的研究潜力，并被给予厚望。
生物医药产业被称为“永不衰落的朝阳产业”。随着世界经济的发展、生活环境的变化、人们健康观念的变化以及人口老龄化进程的加快，近年来与人类生活质量密切相关的生物医药行业一直保持着持续增长的趋势。制药产业发展迅速，已成为当今世界发展最快、经济效益最显著的高新技术支柱产业之一。在欧美日等发达国家，医药工业利润率高居各行业榜首，达17.2%，显著高于位居第二的电讯业（8.1%）和第三位的计算机产业（7.3%）。
全球生物医药产业分布图近年来，石墨烯以其优异的生物相容性和水溶液稳定性跨入高新产业生物医药行业，为行业的发展注入了新的动力，在技术上提升到了一定的高度。在经济快速发展的社会中，国民健康永远是第一位的，石墨烯以其优异的性能解决医学上更多的疾病难题，在生物医药行业中将发挥着不可替代的作用。 例如，它可以作为细胞生长支架，同多糖等物质合成与细胞高度相容的复合材料，植入人体，经过功能化的纳米石墨烯还可以作为有效载体将用于化疗的抗癌药物运输到细胞中，提高治疗效果和效率。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA 测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。 石墨烯在纳米药物运输系统、生物检测、肿瘤治疗以及细胞成像等方面的应用，填补了部分生物医药技术的空白，为推动生物医药行业的发展起到了不可忽视的作用。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。
人工植入设备
人工植入设备是当前医疗市场的一个主旋律，将来石墨烯可能在这些设备中扮演极其重要的角色。石墨烯的生物适应性和机械强度可用于制作各种复合生物材料；其导电性可用于需要该属性的器官，如神经组织和脊髓元素。例如，密歇根理工大学研究人员将石墨烯引入3D打印神经组织已取得进展。该团队开发出一种高分子材料来培养组织，利用石墨烯作为导电体。
生物传感器
生物传感是一项正在快速发展的新技术，有潜力应用到许多医疗应用领域，而石墨烯在检测食品毒素、环境污染、特定病菌和细菌等方面拥有独特的优势。例如，将石墨烯氧化物附着在特定毒素的类似于蛋白质的结构上，可产生一个增强信号，以便高敏感检测毒素，其检测能力相当于普通传感器的10倍。此外，在利用传感器预测心脏病发作方面，石墨烯氧化物还能检测到血液中的特定微粒子，而这些微粒子是在心脏病发作前释放的。当前，基于石墨烯的类似传感器已在研发之中，主要用于检测多种疾病、毒素和生物标记。
药物传输与癌症治疗
石墨烯还拥有极大的潜力来检测和治疗癌症。在检测方面，中国的科学家已经开发出了基于石墨烯场效晶体管的单细胞传感器，甚至能检测出单一癌细胞。而英国曼彻斯特大学研究人员发现，石墨烯氧化物可作为一种抗癌药剂来对抗特定癌细胞。配合当前的疗法，可能使肿瘤收缩，遏制癌症发展速度，以及治疗后的复发。 石墨烯还被广泛研究用于癌症药物的传送，这主要得益于其较大的表面积允许将大量药物传送至体内的特定区域。除了用于癌症检测和药物传送，石墨烯本身也被研究作为一种抗癌药剂。例如，利用其热传导特性将非电离的无线电波转换成热能，杀死癌细胞内的蛋白质和DNA。
DNA测序当前DNA测序的重要性日益凸显，它不仅能对人类构成有更深入的了解，还能进一步了解遗传性疾病、癌症类型和人体免疫系统。而基于石墨烯的DNA测序通常需要创建一个石墨烯薄膜，将其浸入导电流体中，在一端加电让DNA分子经过石墨烯的小孔，从而让科学家读取DNA序列。该技术被称为“纳米孔DNA测序”，其特点是读取快，测序成本低。
生物医药产业被称为“永不衰落的朝阳产业”。随着世界经济的发展、生活环境的变化、人们健康观念的变化以及人口老龄化进程的加快，近年来与人类生活质量密切相关的生物医药行业一直保持着持续增长的趋势。制药产业发展迅速，已成为当今世界发展最快、经济效益最显著的高新技术支柱产业之一。在欧美日等发达国家，医药工业利润率高居各行业榜首，达17.2%，显著高于位居第二的电讯业（8.1%）和第三位的计算机产业（7.3%）。
全球生物医药产业分布图近年来，石墨烯以其优异的生物相容性和水溶液稳定性跨入高新产业生物医药行业，为行业的发展注入了新的动力，在技术上提升到了一定的高度。在经济快速发展的社会中，国民健康永远是第一位的，石墨烯以其优异的性能解决医学上更多的疾病难题，在生物医药行业中将发挥着不可替代的作用。 例如，它可以作为细胞生长支架，同多糖等物质合成与细胞高度相容的复合材料，植入人体，经过功能化的纳米石墨烯还可以作为有效载体将用于化疗的抗癌药物运输到细胞中，提高治疗效果和效率。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA 测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。 石墨烯在纳米药物运输系统、生物检测、肿瘤治疗以及细胞成像等方面的应用，填补了部分生物医药技术的空白，为推动生物医药行业的发展起到了不可忽视的作用。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。
人工植入设备
人工植入设备是当前医疗市场的一个主旋律，将来石墨烯可能在这些设备中扮演极其重要的角色。石墨烯的生物适应性和机械强度可用于制作各种复合生物材料；其导电性可用于需要该属性的器官，如神经组织和脊髓元素。例如，密歇根理工大学研究人员将石墨烯引入3D打印神经组织已取得进展。该团队开发出一种高分子材料来培养组织，利用石墨烯作为导电体。
生物传感器
生物传感是一项正在快速发展的新技术，有潜力应用到许多医疗应用领域，而石墨烯在检测食品毒素、环境污染、特定病菌和细菌等方面拥有独特的优势。例如，将石墨烯氧化物附着在特定毒素的类似于蛋白质的结构上，可产生一个增强信号，以便高敏感检测毒素，其检测能力相当于普通传感器的10倍。此外，在利用传感器预测心脏病发作方面，石墨烯氧化物还能检测到血液中的特定微粒子，而这些微粒子是在心脏病发作前释放的。当前，基于石墨烯的类似传感器已在研发之中，主要用于检测多种疾病、毒素和生物标记。
药物传输与癌症治疗
石墨烯还拥有极大的潜力来检测和治疗癌症。在检测方面，中国的科学家已经开发出了基于石墨烯场效晶体管的单细胞传感器，甚至能检测出单一癌细胞。而英国曼彻斯特大学研究人员发现，石墨烯氧化物可作为一种抗癌药剂来对抗特定癌细胞。配合当前的疗法，可能使肿瘤收缩，遏制癌症发展速度，以及治疗后的复发。 石墨烯还被广泛研究用于癌症药物的传送，这主要得益于其较大的表面积允许将大量药物传送至体内的特定区域。除了用于癌症检测和药物传送，石墨烯本身也被研究作为一种抗癌药剂。例如，利用其热传导特性将非电离的无线电波转换成热能，杀死癌细胞内的蛋白质和DNA。
DNA测序当前DNA测序的重要性日益凸显，它不仅能对人类构成有更深入的了解，还能进一步了解遗传性疾病、癌症类型和人体免疫系统。而基于石墨烯的DNA测序通常需要创建一个石墨烯薄膜，将其浸入导电流体中，在一端加电让DNA分子经过石墨烯的小孔，从而让科学家读取DNA序列。该技术被称为“纳米孔DNA测序”，其特点是读取快，测序成本低。
目前，石墨烯在生物医药行业中的应用还处于初始阶段，相信不久的将来，石墨烯的成熟应用将会推动生物医药行业以前所未有的速度飞速发展起来。近年来，国家政策的支持及国民健康的需要推动生物医药产业快速且平稳的发展。保守估计，中国石墨烯在生物医药行业市场规模中将占据1/3甚至更多的比例，相应的也会促使生物医药行业的市场份额不断上涨，整个医药行业将发生革命性的转变。
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