摘要
石墨烯的性能与其层数、表面缺陷以及掺杂物存在密切联系。石墨烯材料在抗菌、抗癌以及组织工程方面都显示出应用优势。然而，目前生物应用的石墨烯材料集中于多层以及块状石墨烯材料，对于单层石墨烯及纳米尺寸石墨烯的生物学性能却缺乏关注。基于此，论文通过不同的方法分别制备单层石墨烯和石墨烯量子点材料，探究缺陷和成分掺杂对其生物学性能影响。论文主要内容有: (1)单层石墨烯的可控制备及其生物学性能 以半导体锗(Ge)为基体，采用化学气相沉积(CVD)的方法制备单层石墨烯薄膜。通过调整生长时间，制备了连续和非连续的石墨烯薄膜。非连续的石墨烯薄膜具有较多的边缘结构和缺陷，降低了其电学性能。连续的石墨烯薄膜使基体锗的耐腐蚀性提高。金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的培养实验表明，石墨烯薄膜不仅通过界面疏水作用力诱导细菌胞膜磷脂质发生无序性变化，还可通过和半导体锗基体形成肖特基势垒结构不断的攫取细菌呼吸链中的电子。此外，这种电子的攫取过程导致血蛋白的构象改变，使血小板容易在石墨烯表面发生团聚激活。从界面物理化学过程分析石墨烯薄膜与生物体间的相互作用规律。 (2)石墨烯的可控氟化及其生物学性能 为了进一步探索单层石墨烯薄膜表面缺陷和异质原子掺杂对其生物学行为的影响。采用CVD法在锗表面生长连续的石墨烯薄膜，通过等离子体刻蚀工艺对石墨烯薄膜进行氟化修饰改性。随着氟化时长的增加，氟化石墨烯经历由部分氟化向饱和氟化的演变。通过氟化石墨烯的抗菌性、血液相容性以及细胞相容性的实验研究，发现部分氟化的石墨烯相对于石墨烯和全氟化石墨烯具有最好的对大肠杆菌的抗菌能力。我们认为部分氟化石墨烯之所以表现出优异的抗菌性主要源于界面作用力和氟离子的共同作用。由于氟碳键的存在，氟化石墨烯表现良好的初期生物响应:未见明显的细胞毒性，还有助于细胞在材料表面的早期粘附。氟化后的石墨烯，和血液蛋白质之间π-π相互作用减弱导致表面粘附的血小板数量降低。氟化后的石墨烯由半金属逐步转变为半导体或者绝缘体，从而弱化了石墨烯与锗基体组成的肖特基势垒结构对电子的攫取，降低了血小板激活的概率。部分氟化石墨烯和全氟化石墨烯由于不同结构的氟碳键存在形式生物学响应差异，为氟化石墨烯的后续生物学研究提供参考的实验依据。 (3)氮掺杂石墨烯量子点的制各及其细胞成像和促成骨分化性能研究 本文通过湿化学法制备氧化石墨烯。将氨水作为氮源，通过水热切割方法制备稳定分散的单层氮掺杂石墨烯量子点材料。所制备的氮掺杂石墨烯量子点材料具有典型的晶体结构。具有稳定的光学特性和良好的细胞相容性。在较低的浓度条件下(50μg/ml)，可顺利的实现细胞成像。氮掺杂石墨烯量子点（10μg/ml）与干细胞长期共同培养，有助于促进干细胞成骨分化。为拓展了石墨烯的生物医学应用提供了依据。
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