石墨烯基纳米材料在生物成像中的应用

用于生物成像的石墨烯基纳米材料主要包括石墨烯、氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）、还原氧化石墨烯（reduced Graphene Oxide，rGO）、石墨烯量子点（Graphene Quantum Dot，GQD）[2，3]。

由于带隙与缺陷的存在，纳米尺寸的石墨烯和GO可以光致发光，并且它们具有优异的光稳定性，因此能够作为分子探针用于生物成像[6]。GO可以用作无机纳米材料合成的模板，如氧化铁[7]、金纳米颗粒[8]、银纳米颗粒[9]等，GO的一些官能团（如羧基和羟基）可以作为与金属离子结合的位点，并在金属离子和GO的相互作用位点周围形成核，随后在核周围生长纳米材料[9]，从而制备GO与这些材料的复合纳米材料，例如通过该方法制备的GO／氧化铁复合材料可以用作MRI造影剂。GO／金属复合材料还可以通过还原相应的金属离子来制备[9]，通过使用不同的还原剂，可以控制金属纳米颗粒的尺寸、形状和形态。GO／金属复合材料可用于X射线CT成像。以上介绍的都是采用原位生长的方法制备的石墨烯基纳米材料，此外，GO与无机纳米材料之间有非常强的共价结合，从而可以用于修饰石墨烯基材料的表面，例如，一些染料、纳米颗粒和生物分子可以与GO／rGO共价连接，以用于荧光成像和主动靶向[10-12]。同时，共价结合也可用于放射性核素标记，放射性核素标记的GO可以作为造影剂用于PET／SPECT成像[10]。除了共价结合之外，GO／rGO与无机纳米材料之间也可以进行非共价结合，通过一些非共价相互作用力将无机纳米材料沉积到GO片上，该方法不影响石墨烯的天然结构[13，14]，可以很好地控制纳米材料的尺寸、形状和功能，同时保持了原始纳米颗粒的荧光性质，使合成的复合纳米材料可用于荧光成像[15]。许多药物、光敏剂等也可以通过疏水相互作用和π-π堆积有效地加载到石墨烯、rGO或GO片的表面[16，17]。(www.xing528.com)

GQD由于其优异的生物相容性、低细胞毒性、表面功能化的可行性、生理稳定性和可调荧光性，在生物成像应用中显示出了巨大的潜力[18]。在癌症生物成像方面，对GQD进行生物功能化后，GQD可以用于特定肿瘤细胞成像，并且可以实时分子成像[19]。GQD表面和边缘上的羧基提供了与各种聚合物、有机物和无机物相互作用的有效反应位点，这提供了通过表面调制和掺杂等简便化学方法调控GQD光学特性的机会，并且由于GQD本身就是低毒性的，因而GQD探针在替代生物分析中传统的荧光探针方面非常有潜力[20]。