被譽(yù)為“新材料之王”的石墨烯，不僅在電子產(chǎn)品、新能源電池、航空航天領(lǐng)域引起社會(huì)的關(guān)注，在醫(yī)療領(lǐng)域也被視為引發(fā)下一次醫(yī)療革命的關(guān)鍵。
近日，捷克奧洛穆茨大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)宣布利用石墨烯研制出了世界上最小的金屬磁鐵，可以應(yīng)用于核磁共振成像、水處理、生物化學(xué)和電子等多個(gè)領(lǐng)域。鑒于石墨烯更大表面積、生物適應(yīng)性、化學(xué)穩(wěn)定性等特征，在藥物傳送、癌癥治療和生物傳感等方面，石墨烯被寄予厚望。
體外檢測(cè)
生物傳感是一項(xiàng)正在快速發(fā)展的新技術(shù)，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，利用石墨烯作為傳感器進(jìn)行體外檢測(cè)是重要的研究和應(yīng)用方向。
“目前，石墨烯在醫(yī)療領(lǐng)域的研究剛剛起步，部分停留于理論層面，少數(shù)可以實(shí)驗(yàn)研究，只有作為傳感器進(jìn)行體外檢測(cè)的功能有望推向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”在青島舉辦的2016年中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，上海交通大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院副院長(zhǎng)崔大祥接受了筆者的獨(dú)家專訪。
石墨烯和其他納米粒子相結(jié)合，作為一種傳感器用于體外疾病檢測(cè)已經(jīng)得到了臨床實(shí)驗(yàn)的論證。上海交通大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在這方面取得了一定突破，他們實(shí)驗(yàn)論證了呼氣檢測(cè)和唾液檢測(cè)的應(yīng)用。
呼出氣體中的腫瘤標(biāo)志物或者疾病標(biāo)志物非常少量，因此對(duì)檢測(cè)的靈敏度要求極高。和傳統(tǒng)的常規(guī)檢測(cè)相比，石墨烯可以使檢測(cè)的靈敏度提高至少三個(gè)數(shù)量級(jí)，有些甚至可以達(dá)到單分子檢測(cè)。
據(jù)透露，崔大祥所在的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了通過(guò)呼氣來(lái)檢測(cè)胃癌的傳感器，而且技術(shù)比較成熟，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步研究肺癌和其他腫瘤的檢測(cè)。
“經(jīng)過(guò)我們論證，呼氣檢測(cè)應(yīng)該可以成為繼血常規(guī)、尿常規(guī)和大便常規(guī)的第四大常規(guī)檢測(cè)，呼氣更加方便，而且無(wú)創(chuàng)，隨時(shí)隨地、及時(shí)檢測(cè)身體變化。”崔大祥表示。
此前在2015年，湖北中醫(yī)藥大學(xué)納米生物傳感中心張國(guó)軍教授團(tuán)隊(duì)與針灸骨傷學(xué)院王華教授團(tuán)隊(duì)合作，用電化學(xué)方法在針灸針的針尖表面分別沉積金納米顆粒與石墨烯，構(gòu)建納米針灸傳感針。
據(jù)悉，這樣的納米針灸傳感針不僅穩(wěn)定性好，而且對(duì)PH敏感，對(duì)多巴胺等神經(jīng)遞質(zhì)也有良好的檢測(cè)靈敏度與選擇性，可用于機(jī)體多巴胺的檢測(cè)。
體內(nèi)治療
除了體外檢測(cè)，目前的研究還涉及石墨烯用于藥物遞送載體、腫瘤治療、抗菌殺菌、人工植入設(shè)備等方面。但不可忽視的是體內(nèi)治療應(yīng)用目前仍處于早期階段，風(fēng)險(xiǎn)較大。“石墨烯醫(yī)療將最先應(yīng)用在體外檢測(cè)，體內(nèi)治療遙遙無(wú)期，很可能會(huì)死掉。”對(duì)于體內(nèi)治療崔大祥表現(xiàn)得并不樂(lè)觀。
石墨烯可以用于藥物傳送，這主要得益于其較大的表面積允許將大量藥物傳送至體內(nèi)的特定區(qū)域。石墨烯氧化物可作為一種抗癌藥劑來(lái)對(duì)抗特定癌細(xì)胞。配合當(dāng)前的療法，可能使腫瘤收縮，遏制癌癥發(fā)展速度，以及治療后的復(fù)發(fā)。
實(shí)驗(yàn)證明，石墨烯可以用作免疫組劑，輔助其他藥物提高治療效果。石墨烯和肌氨酸偶聯(lián)以后能夠激發(fā)體內(nèi)的免疫細(xì)胞分泌更多的細(xì)胞因子，而細(xì)胞因子對(duì)腫瘤具有殺傷作用，而且對(duì)免疫力有明顯的提高。但是這項(xiàng)技術(shù)到人體應(yīng)用仍然有一段距離。
“現(xiàn)在技術(shù)是可以做到的，最大的問(wèn)題是安全性。”崔大祥表示。
由于石墨烯傳導(dǎo)性好，可以將它修飾在電極的表面，插到神經(jīng)里，對(duì)老年癡呆等電刺激治療有一定的幫助。此前密歇根理工大學(xué)研究人員將石墨烯引入3D打印神經(jīng)組織，開(kāi)發(fā)出一種高分子材料來(lái)培養(yǎng)組織，利用石墨烯作為導(dǎo)電體。
在今年1月份，英國(guó)劍橋大學(xué)研究人員成功將石墨烯電極植入小鼠腦部，并直接與神經(jīng)元連接。在研究人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，利用石墨烯材料制造的電極能安全地與腦部神經(jīng)元連接，且連接后這些神經(jīng)元可正常傳遞電波信號(hào)，將腦電波信號(hào)傳遞給外界，讓外界更為清晰明了地了解腦部活動(dòng)并修復(fù)感知功能。
這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)可用于修復(fù)截肢、癱瘓，甚至帕金森氏癥患者的感知功能，協(xié)助他們更好地康復(fù)，例如可以借助機(jī)械臂來(lái)接收腦電波信號(hào)，進(jìn)行抓取動(dòng)作。
不管是藥物傳送還是腫瘤治療，這些體內(nèi)治療的應(yīng)用還停留在實(shí)驗(yàn)研究層面。石墨烯用于體內(nèi)治療的安全性問(wèn)題一直是該研究最大風(fēng)險(xiǎn)所在。一旦無(wú)法從體內(nèi)排出，會(huì)進(jìn)入到肝肺內(nèi)部，對(duì)細(xì)胞形成刺激，引起病變。
“體外檢測(cè)會(huì)最先應(yīng)用，由于安全性問(wèn)題，體內(nèi)應(yīng)用除了做電極，其他載體應(yīng)用可能會(huì)越來(lái)越少。如果不能證明在體內(nèi)被降解或排泄，肯定也會(huì)死掉的。”崔大祥坦言。