Графен что это такое: Уникальное вещество и его применения – Наука

Содержание

как использование графена изменит нашу жизнь — РТ на русском

Короткая ссылка

19 марта 2018, 22:37

Анастасия Ксенофонтова

Изобретённому российскими учёными графену находят всё новые способы применения. Так, исследователям Северо-Западного университета (США) удалось сделать на основе этой сверхтонкой модификации углерода суперстойкую краску для волос. Широко применяется графен и в других областях: на его основе делают пуленепробиваемые бронежилеты, материал используют для получения водородного топлива и в наноустройствах. О феномене графеновой революции — в материале RT.

Невидимый и прочный

Графен состоит из плотно соединённых атомов углерода, выстроенных в решётку наподобие пчелиных сот толщиной всего в один атом. Это делает его самым тонким материалом в мире, невидимым невооружённым глазом, но при этом очень прочным и эластичным. Впервые графен выделили в 2004 году российские учёные Андрей Гейм и Константин Новосёлов, которые работали тогда в Манчестерском университете. Шесть лет спустя опыты физиков были удостоены Нобелевской премии.

С тех пор исследователи со всех уголков планеты пытались найти всё новые способы применения и, что интересно, получения графена. Ведь одним из главных факторов, мешающих наладить масштабное производство этого чудо-материала, была дороговизна «оригинального» варианта получения графена с помощью сложного процесса разложения графита. Очень быстро графен научились добывать при помощи лазера, используя в качестве сырья обычную древесину, и даже путём взрыва углеродсодержащего материала.

Пока одни учёные соревнуются, чей метод получения графена проще и дешевле, другие находят ему самое необычное применение.

Красота не требует жертв

Специалисты Северо-Западного университета (США) превратили чёрный «от природы» графен в суперстойкую краску для волос.

В ходе эксперимента американские учёные покрыли образцы человеческого волоса раствором из листов графена. Так, физикам удалось превратить светлые, платиновые волосы в угольно-чёрные. Новый цвет оставался стойким на протяжении 30 смывов.

Краска на основе графена обладает дополнительными преимуществами, утверждают американские исследователи. Каждый покрытый ею волос подобен маленькому проводу, способному проводить тепло и электричество. Это означает, что волосы, окрашенные графеновой краской, легко рассеивают статическое электричество и решают проблему электризующихся волос.

globallookpress.com
© Mari Barlow/moodboard

Американские учёные также полагают, что их краска абсолютно безвредна.

«Наружный слой ваших волос, или кутикула, выполняет защитную функцию и состоит из тонких клеток наподобие рыбных чешуек. Чтобы приподнять эти чешуйки и позволить молекулам краски быстро проникнуть в волосы, используются аммиак, перекись водорода или органические амины», — сообщил автор исследования Цзясин Хуан.

Из-за подобных манипуляций волосы постепенно истончаются. Проблему позволяет решить краска, которая покрывает волосы, но не проникает в их структуру. Однако такая краска очень быстро смывается. Как утверждают специалисты Северо-Западного университета, их изобретение позволяет справиться с обеими проблемами.

В индустрию моды и красоты графен начал проникать ещё в 2017 году, когда британская компания CuteCircuit представила платье с элементами из этого чудо-материала. Платье Graphene Dress со встроенными светодиодами благодаря графену меняет цвет «в такт» дыханию его обладательницы.

Платье на основе графена, Манчестер, 2017 год
Reuters

«Материал будущего» выполняет в платье одновременно две задачи: он является датчиком, улавливающим частоту дыхания, а также питает светодиоды, которые и меняют цвет платья. Разработчики умной одежды считают, что графен можно использовать для получения тканей, которые будут радикально менять свой цвет. Презентация Graphene Dress состоялась на родине этого материала — в Манчестере.

Тихая графеновая революция

«У графена очень много интересных физических свойств и явлений, например электронные свойства, которые позволяют использовать графен для конструирования сложных электронных наноустройств. Есть работы, в которых его используют для защиты наночастиц от окисления», — рассказал в беседе с RT старший научный сотрудник кафедры химической кинетики химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Боченков.

Также по теме

Новые свойства графена помогут создавать топливо «из воздуха»

Исследование, проведённое физиками в Университете Манчестера, показало, что открытый в 2010 году графен может быть использован в…

Кроме того, графен поможет решить одну из главных задач современности — получить недорогие, надёжные и экологически безопасные источники энергии. Так, графеновые композиты позволяют создать более эффективные солнечные панели. Учёные из Массачусетского технологического института доказали, что при помощи графена можно сделать эластичные, дешёвые и прозрачные солнечные элементы, превращающие практически любую поверхность в источник электроэнергии. Солнечные батареи из графена, по словам учёных, могут производить энергию даже в дождь.

«В графене можно делать определённые отверстия, выбивая некоторые атомы углерода, и получать регулируемые поры, которые можно использовать в качестве мембраны в батареях и топливных ячейках. Также мембраны на основе графена могут удешевить производство тяжёлой воды. Она необходима в атомной промышленности для получения относительно экологически чистой энергии. Здесь опять же уникальные свойства графена позволяют быстрее разделять субатомные частицы, делая весь процесс очень экономичным. В результате мы получаем более зелёную и дешёвую атомную энергию», — отметил Боченков.

Крупнейшие технологические компании уже приступили к созданию литийионных аккумуляторов для смартфонов с использованием графена. Инновационная технология позволяет заряжать батарею быстрее и хранить заряд дольше.

Графен можно использовать в качестве мембраны для фильтрации атомов водорода в воздухе и получить биологически чистое топливо. К такому выводу пришли первооткрыватели графена. Андрей Гейм и Константин Новосёлов выяснили, что при высоких температурах и присутствии платины в качестве ускорителя реакции графен пропускает положительно заряженные ионы водорода (протоны) и задерживает практически всё остальное. Такая технология поможет совершить прорыв в развитии зелёной энергетики.

Также по теме

«Рассеять энергию пули»: как нанотехнологии используются в военном деле

В России и мире активно ведутся разработки в области материалов, которые позволяют создавать новые средства индивидуальной бронезащиты…

Взяли на вооружение графен и производители военной продукции. Выяснилось, что материал обладает пуленепробиваемыми свойствами. Учёные из Нью-Йоркского университета получили очень прочные и почти невесомые бронежилеты. В ходе эксперимента физики запустили стеклянную микропулю в листы графена толщиной от десяти до 100 слоёв. Графен рассеял энергию пули, летящей на скорости 3000 м/с. Однако в точке удара материал вытянулся в форме конуса, а затем треснул. Появление трещин не позволяет пока поставить графеновые бронежилеты на службу полицейским. По оценкам специалистов, чтобы защитить своих обладателей, такие бронежилеты должны состоять из миллионов слоёв графена. А для этого требуется наладить его производство в промышленных масштабах.

Проник графен и в биологию. В 2016 году китайские учёные накормили шелкопрядов тутовыми листьями, которые были сбрызнуты препаратами, содержащими графен. В итоге экспериментаторы получили прочную и хорошо проводящую электричество графеновую шёлковую нить.

«Экспериментов с графеном проводится масса. Потенциал этого материала невероятно широк. Думаю, через несколько лет графен будет использоваться в создании и различных детекторов света, и контактных линз, и вообще чего угодно. Практическое применение этого материала может ограничиваться лишь фантазией учёных», — заключил Боченков.

Дождь

Мода

Нанотехнологии

Нобелевская премия

Открытие

Россия

Университет

Учёные

Энергетика

Ложь: привитые от коронавируса люди превращаются в биороботов

Тезисы видео:

1) 2.39 – в субстанциях (вакцинах – ред. ) нашли оксид графена. Это вещество, которое убивает организм на клеточном уровне. Люди умирают из-за побочных явлений;

2) 3.13 – кроме оксида графена, компонентом вакцины является мРНК. Это ведет к перепрограммированию генома;

3) 3.44 – оказывается, есть патент под номером 006, который может запатентовать геном только в случае, если он будет перекодирован мРНК этой субстанции. Люди будут не людьми, а трансгенномодифицированными, биороботами;

4) 5.00 – в России купили 80 миллионов пластиковых гробов, «они» готовятся к мору, так как из-за вакцин умрет много людей;

5) 10.50 – ссылается на книгу Хаксли «Новый дивный мир», которая, по словам автора видео, описывает все события, которые сейчас происходят в мире. Сама автор, однако, признается, что книгу она еще не читала, но намеревается сделать это. Касты людей в книге Олдоса Хаксли – это, по мнению блогера, названия штаммов коронавируса. Поскольку каст в антиутопии Хаксли пять (альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон) то, как считает блогер, пандемия коронавируса закончится на штамме под названием «эпсилон». Свои выводы, как признается сама блогер, она сделала после того, как прочитала несколько рецензий о книге;

6) 13.20 – говорит о теории «Золотого миллиарда»;

7) 25.00 – утверждает, что нужно готовится к всеобщей эвакуации (закупать крупы, мед, продукты), которая начнется после последнего штамма в ноябре или октябре нынешнего года. На самом деле это станет массовым уничтожением;

8) 29.00 – химтрейлы уничтожают человечество;

9) 31.00 – будет произведена глобальная кибератака и у людей обнулятся счета в банках.

Ложь: привитые от коронавируса люди превращаются в биороботов

Комментарий Delfi.ru:

1) В составах вакцин от COVID-19 оксида графена не содержится. С составом препаратов можно ознакомиться здесь: • Pfizer/BioNTech • Moderna • Janssen • Astra-Zeneca • Sputnik V • Sinopharm.

Разбор происхождения фейка о том, что вакцины содержат оксид графена, писали наши коллеги из stopfake.kz.;

2) Вакцины от коронавируса не меняют и не могут изменить ДНК человека. Министерство здравоохранения Израиля: в процессе производства белков в клетке роль молекулы мРНК заключается в том, чтобы быть “посланником”, представлять информацию, присутствующую в ДНК, и передавать ее рибосоме – “клеточной машине”, производящей белок. Рибосома никоим образом не влияет и не изменяет код ДНК. Более того, мРНК, присутствующая в вакцине, никак не взаимодействует с ДНК клетки. Молекулы вакцины заставляют рибосомы производить только небольшую часть белка вируса. мРНК “живет” в клетке несколько часов, в течение которых рибосома формирует несколько копий белка вируса, после чего мРНК, содержащаяся в вакцине, исчезает. Многочисленные механизмы не позволяют молекуле мРНК достичь ядра клетки, где расположена ДНК, и изменить его.
Другие причины, подтверждающие, что вакцины с мРНК не влияют на ДНК: Геном клетки (ДНК) расположен внутри ядра клетки, которое окружено двойной оболочкой. Она позволяет большим молекулам, таким как сгенерированная мРНК, выходить из ядра, но блокирует проникновение в него больших молекул. Следовательно, мРНК из вакцины вообще не может проникнуть в ядро и “дойти” до ДНК.

О том, что мРНК-вакцины не могут менять ДНК человека, мы писали здесь, об этом можно прочитать и в материале voxukraine.org – наших коллег из Украины;

3) Тревожные предупреждения о том, что в результате вакцинирования создатели вакцины смогут получить патент или выдвинуть заявку на получение патента на человека, привитого вакциной, являются манипуляцией и попыткой сыграть на страхах особо впечатлительных людей. Во-первых, патентовать разумное живое существо противозаконно во многих странах мира, во-вторых, нет никакой доказательной базы, в-третьих, закона, который якобы регламентирует подобную практику, не существует, он является выдумкой конспирологов.

К вопросу о номера патента Билла Гейтса: согласно информации Всемирной организации интеллектуальной собственности (World Intellectual Property Organization, WIPO), серийный номер патентной заявки присваивается автоматически без всякого вмешательства человека. Случайное число, попросту говоря. Одним из первых, кто озвучил фейк о патенте 060606, был российский режиссер Никита Михалков, об этом мы писали здесь;

4) Информация о том, что МЧС России, которым в то время руководил Сергей Шойгу, закупило то ли 80, то ли 83 млн пластиковых гробов появилась в 2013 году. Авторы этой информации ссылались на анонимные источники в МЧС России. Впоследствии информация не подтвердилась;

5) Книга Олдоса Хаксли «О дивный новый мир» опубликована в 1932 году. Ничего общего с названиями штаммов коронавируса она не имеет. О том, почему ученые решили называть штаммы коронавируса буквами греческого алфавита, можно прочитать здесь. Вкратце: «Новые обозначения для штаммов коронавируса были выбраны после консультаций со специально созванной для этого группой ученых. Новая маркировка призвана заменить практику названия штаммов по тем странам, где они впервые были обнаружены. Такая практика носит «стигматизирующий и дискриминационный характер», считает ВОЗ»;

6) Конспирологическая теория о «Золотом миллиарде» не имеет ничего общего с действительностью. О том, почему теория ложная, мы, например, писали здесь;

7) Заявления о грядущей эвакуации, массовой смертности вакцинированных не имеют ничего общего с действительностью. Фейк о том, что привитые от коронавируса люди начнут массово умирать, озвучил, например, Роберт Кеннеди-младший. Члены семьи Кеннеди опубликовали письмо, в котором они заявили, что Роберт Кеннеди-младший распространяет в соцсетях опасную дезинформацию, которая может оказать пагубное влияние на иммунизацию и стать причиной недоверия к вакцинам;

8) Химиотрассы или химтрейлы (англ. chemtrails) — теория заговора, согласно которой “Сионистское оккупационное правительство” (ZOG) тайно распыляет c пассажирских самолётов некие “химикаты”. Конспирологи утверждают, что такие самолёты можно узнать по необычным конденсационным следам. Истоки данного понятия связаны с операцией “Попай” (Operation Popeye), в рамках которой Соединённые Штаты засевали облака над Вьетнамом, Камбоджей и Лаосом в 1967—1972 годах;

Со вспышкой коронавирусной пандемии появилась новая версия этой конспирологической теории – с помощью химтрейлов людей заражают вирусами, либо, например, “химтрейлы” выбрасывают в атмосферу вещества, которые вызывают у людей симптомы COVID-19. Ни одна из этих теорий не подтвердилась и не имеет ничего общего с действительностью;

9) Фейк о глобальной кибератаке, в результате которой счета жителей в банках по всему миру обнулятся, берет свое начало в теории массового сбоя компьютеров по всему миру из-за наступления 2000 года. Подробно о проблеме 2000 года и о том, почему апокалипсис не случился (и не случится сегодня), можно узнать, например, здесь.

Вердикт: Видео блогера из Украины, которым активно делятся русскоязычные пользователи интернета, не имеет ничего общего с действительностью. Женщина просто озвучивает ряд популярных конспирологических теорий, пугает своих зрителей и слушателей несуществующими явлениями. Наш вердикт – фейк.

Источники
Фейк: “Вакцины против COVID-19 на 99,99% состоят из оксида графена”;
Министерство здравоохранения Израиля: вакцина не изменяет ДНК;
Фейк: вакцины от коронавируса превратят людей в киборгов;
Фейк: Moderna не прививает людей от COVID-19, а чипирует, а сама технология мРНК – это биохакинг;
Фейк: каждому ребенку в кору головного мозга имплантируют чип;
В России закупили 83 миллиона гробов — правда или фейк;
ВОЗ решила называть штаммы коронавируса буквами греческого алфавита. Чтобы не дискриминировать страны, где эти штаммы обнаружили;
Конспирологическая теория – Золотой миллиард;
Фейк: Клаус Шваб и мировые элиты готовятся перестроить мир и уничтожить часть человечества;
Роберт Кеннеди-младший – наш брат и дядя. Он трагически ошибается насчет вакцин;
Конспирология — химиотрассы;
С помощью химтрейлов людей заражают вирусами;
Химтрейлы» выбрасывают в атмосферу вещества, которые вызывают у людей симптомы COVID-19;
Апокалипсис, которого не было: чем проблема 2000 года оказалась полезна для цивилизации.

GRAPHENE | International Research Journal

Research article

Khvorova N.M.

DOI:

https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.43.052

Issue: № 1 (43), 2016

Published:

2016/25/01

Хворова Н.М.

Бакалавр архитектуры, Российский университет дружбы народов

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ БУДУЩЕГО: ГРАФЕН

Аннотация

В статье приводится краткое описание некоторых современных строительных материалов и подробное описание недавно обнаруженного материала — графена. В статье раскрываются возможности и перспективы использования графена в различных сферах промышленности и указываются его недостатки.

Ключевые слова: графен, кирпич, бетон, новацем, нано-частица.

Khvorova N.M.

Bachelor of architecture, Peoples’ Friendship University of Russia

BUILDING MATERIALS OF THE FUTURE: GRAPHENE

Abstract

The article provides a brief description of some building modern materials and a detailed description of the recently discovered material — graphene. The article reveals the possibilities and prospects for the use of graphene in different spheres of industry and points out its shortcomings.

Keywords: graphene, brick, concrete, novacem, nano-particle.

На сегодняшний день на смену привычным для нас бетону и стали появились новые строительные материалы, которые смогут преобразовать строительную индустрию, и с помощью которых можно будет возводить более устойчивые здания. Несомненно, что эти материалы будут широко применяться в будущем.

К таким материалам относятся графен, нано-частицы, биокирпичи, грибные и шерстяные кирпичи, долговечный и гнущийся бетон, новацем и другие. С помощью этих новых строительных материалов можно возводить более прочные, легкие и более устойчивые здания, которые будут иметь возможность самовосстанавливаться от изнашивания и плохой погоды. [1]

Например, нано-частицы, могли бы использоваться для замены стальных кабелей наиболее прочными углеродными нано-трубками в вантовых мостах. Нано-кварц можно было бы применять в производстве плотных цементных композиционных материалов. Углерод, имеющий сопротивление нано-волокон, можно было бы включить в состав бетонных дорог в снежных областях, нано-двуокись титана помогла бы создать фотокаталитический бетон. Частицы нано-кальцита в изоляторах могли бы защитить конструкции от агрессивных явлений окружающей среды, нано-глины в бетоне — увеличить его пластичность и текучесть, а качество городского воздуха могло быть улучшено, если бы постройки города обрабатывали нано-диоксидом титана. [2]

Обработка нано-частицами фасадов зданий может нейтрализовать переносимые по воздуху загрязнители, поглощать углекислый газ и очищать воздух вокруг каждого строения. Обычный бетон можно заменить гнущимся, который под давлением образует микротрещины, автоматически запечатывающиеся при добавлении воды и углекислого газа, гарантировав, что здание простоит дольше. Новацем – “углерод отрицательная” цементная замена, изготовленная из силиката магния, может применяться для поглощения углекислого газа из атмосферы.

Но подробно стоит остановиться на одном из этих материалов, а именно графене. Это совершенно удивительный и необычный материал, его свойства уникальны и разнообразны. Графен добывают из обычного графита. Как графит, графен полностью состоит из атомов углерода, один миллиметр графита содержит приблизительно три миллиона слоев графена. Но графит – это трехмерная кристаллическая структура. Графен же – двухмерный кристалл, состоящий из большого количества атомов. Атомы углерода идеально распределены в шестиугольной сотовидной структуре толщиной всего 0,3 нанометра с расстоянием между атомами в 0,1 нанометр.

Графен проводит электричество лучше, чем медь. Он в 200 раз прочнее, чем сталь, но в шесть раз легче. Он практически прозрачный, так как поглощает только два процента света. Он не пропускает газы, даже такие легкие как водород или гелий. [3]

Из графена можно создавать тонкие как бумага солнечные батареи. А краска, состоящая из смеси порошка известняка и графена, позволяет зданию лучше противостоять изменениям окружающей среды таким, как высокие и низкие температуры, которые могут привести к износу здания.

Однако, согласно результатам некоторых исследований, существуют определенные недостатки использования графена. Например, он становится более изменчивым под воздействием воды. Так, при использовании графена в водах озер или рек, существует вероятность того, что его частицы нанесут сильный урон окружающей среде. Но, безусловно, графен имеет большие перспективы. Его можно использовать в электронике, строительстве, медицине, космонавтике. Например, графен может стать прекрасным детектором вредных для здоровья газов и отравляющих веществ.

Уже создан первый образец мобильного телефона с экраном из графеновой пленки, прошитой металлическими волокнами. Такой экран не разобьется и даже не потрескается, если телефон уронить. Из такого материала можно изготавливать даже космические скафандры.

Своей очереди ждут пластмасса, обладающая электропроводностью, графеновая пудра для электрических аккумуляторов, контейнеры для длительного хранения пищевых продуктов, сверхпрочные медицинские имплантаты, прозрачные покрытия для мониторов и другие чудо-материалы будущего.

Литература

Leon Gettler Building materials of the future [Электронныйресурс] //The fifth estate, 2014 — . – Режим доступа : http://www.thefifthestate.com.au/innovation/engineering/green-mashup-building-materials-of-the-future/65410, свободный . – Green MashUP: building materials of the future.

Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. – М.: Изд- во «Академия», 2005. – 187 с.

Губин С. П., Ткачев С. В. Графен и родственные наноформы углерода. – М.: Изд-во «Либроком», 2012. – 104 с.

References

Leon Gettler Building materials of the future [Jelektronnyjresurs] //The fifth estate, 2014 — . – Rezhim dostupa : http://www.thefifthestate.com.au/innovation/engineering/green-mashup-building-materials-of-the-future/65410, svobodnyj . – Green MashUP: building materials of the future.

Andrievskij R.A., Ragulja A.V. Nanostrukturnye materialy. – M.: Izd- vo «Akademija», 2005. – 187 s.

Gubin S. P., Tkachev S. V. Grafen i rodstvennye nanoformy ugleroda. – M.: Izd-vo «Librokom», 2012. – 104 s.

Графен / Статьи — Математическая составляющая

Константин Сергеевич Новосёлов

Приложения: физика, технологии

Математика: анализ, топология

Графен — один из самых интересных материалов, известных человечеству. Это первый двумерный материал — толщина графена всего один атом. В графене атомы углерода соединены в двумерную решётку из правильных шестиугольников.

Графен можно представить себе как один слой графита — слоистого материала, из которого, например, состоит грифель простого карандаша. Слои графита соединены между собой слабым ван-дер-ваальсовым взаимодействием, вследствие чего графит легко расслаивается, что и обеспечивает возможность его использования в карандашах: при трении тонкие слои графита отслаиваются и остаются в виде чешуек на поверхности бумаги. Удивительно, но именно так и были получены первые образцы графена — он просто был отщеплён от кристалла высококачественного графита обычной липкой лентой.

Несмотря на некоторую прозаичность получения, графен обладает целым букетом необычных физических свойств. Причём эти свойства часто отличаются от свойств не только исходного графита, но и двуслойного графена. Например, графен является замечательным проводником электричества и может выдерживать плотности тока, на порядки превышающие те, которые могут пропускать такие проводники, как медь или золото. Причём проводимостью графена можно управлять в широких пределах, что позволяет использовать его во многих электронных и оптоэлектронных приборах. Так, уже промышленно выпускаются фотодетекторы на основе графена, которые могут работать в сверхшироком диапазоне длин волн. А графеновые электронно-оптические модуляторы позволят в будущем значительно увеличить пропускную способность сетей Интернета. Графен также обладает рекордно высокой теплопроводностью и уже сейчас используется во многих мобильных телефонах и планшетах для эффективного теплоотвода. Список уникальных свойств графена и основанных на них применениях можно продолжать очень долго.

Ещё одно применение графена связано с измерением на нём квантового эффекта Холла. Этот эффект состоит в том, что в сильных магнитных полях сопротивление двумерного образца (где электроны могут передвигаться только в плоскости), измеренное вдоль тока, зануляется (не путать со сверхпроводимостью), а измеренное поперёк тока (холловское сопротивление) — принимает квантованные значения в единицах $h\over ne^2$ (здесь $h$ — постоянная Планка, $\textit {е}$ — заряд электрона, $n$ — целое число). За открытие этого эффекта в двумерном электронном газе на поверхности кремния Клаусу фон Клитцингу в 1985 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Поскольку холловское сопротивление определяется только фундаментальными постоянными, этот эффект используется в качестве стандарта сопротивления во всех метрологических лабораториях мира.

Оказалось, что квантовый эффект Холла в графене имеет свои особенности из‐за того, что электроны в этом материале ведут себя как безмассовые частицы (а это является следствием сотовидной решётки графена). Квантование сопротивления в графене наблюдается при относительно высоких температурах (порядка 1 Кельвин) и в относительно низких магнитных полях (несколько Тесла), в то время как в других материалах для достижения той же точности необходимо было опускаться до температур ниже 0,1 К и достигать магнитных полей выше 10 Тл, что сопряжено с определёнными технологическими трудностями. Существует несколько причин, почему квантовый эффект Холла настолько устойчив в графене; одна из них — то, что энергетический уровень в графене, возникающий в магнитном поле (так называемые уровни Ландау) при нулевой энергии (как раз тот уровень, который даёт наиболее устойчивое квантование), является топологически защищённым.

Существование энергетического уровня точно при нулевой энергии является следствием математической теоремы Атьи—Зингера об индексе. В применении к случаю графена эта теорема гласит, что индекс гамильтониана (числовая характеристика оператора, задающего поведение системы) определяется исключительно полным потоком магнитного поля через образец. Поэтому даже в пределе больших магнитных полей на нулевом уровне остаются электроны способные переносить заряд. Причём неоднородности магнитного поля, которые могут возникать по причине, например, изогнутости плёнки графена, никак не влияют на количество электронов на нулевом уровне. Изгиб и стабильность двумерных мембран — это ещё одна интересная математическая задача, которая обрела практическую значимость в связи с появлением графена.

Теорема Атьи—Зингера заложила основу целого раздела математики — теории индекса. Эта теория, связывающая анализ и топологию, в настоящее время активно используется в физике при изучении топологических свойств физических объектов.

Литература

Katsnelson M. I. Graphene: Carbon in Two Dimensions. — Cambridge University Press, 2012. — [Монография для специалистов].

что это, кто создал, фото, создание в домашних условиях

Графен — революционный материал 21 столетия. Это самый прочный, самый легкий и электропроводящий вариант углеродного соединения. Графен был найден Константином Новоселовым и Андреем Геймом, работающими в Университете Манчестера, за что русские ученые были удостоены Нобелевской премии. Ходят слухи, что он может стать отличной заменой кремнию, особенно в полупроводниковой промышленности. Но пока что на рынке практически не имеется высококлассного чистого графена, чей химический состав принят и описан Международной организацией по стандартизации.

Самое обсуждаемое по теме Графен

Если вы любите комиксы (и фильмы) Marvel, то знаете, что во вселенной, созданной Стэном Ли, самым прочным материалом на Земле является металл вибраниум. Из него, в частности, сделан щит Капитана Америки и костюм черной пантеры, в родной стране которого – Ваканде – он и был найден. В комиксах этот материал существует в нескольких вариантах и встречается в изолированных регионах нашей планеты. Также вибраниум обладает способностью поглощать все колебания в окрестности, включая направленную прямо на него кинетическую энергию (энергию движущегося тела). В реальности, разумеется, вибраниума не существует, но это не значит, что на Земле нет ни одного материала, способного составить ему конкуренцию. Но какой материал на нашей планете является самым прочным?

Несмотря на то, что лето уже подходит к концу, об укусах комаров (и других малоприятных насекомых) и до следующего года можно забыть, средства для отпугивания «гнуса» пока еще рано прятать на зиму. Однако же вполне вероятно, что через какие-то пару лет вы сможете воспользоваться по-настоящему высокотехнологичной защитой от комариных укусов. И речь идет не об очередном «чудо-спрее», а о веществе, которое покроет вашу кожу сверхпрочным слоем графена, которую ни один комар не прокусит.

Выходцы из России, работающие в Британии, Константин Новоселов и Андрей Гейм создали графен – полупрозрачный слой углерода толщиной в один атом – в 2004 году. С этого момента практически сразу и повсюду мы стали слышать хвалебные оды о самых разных удивительных свойствах материала, обладающего потенциалом изменить наш мир и найти свое применение в самых разных сферах, начиная от производства квантовых компьютеров и заканчивая производством фильтрами для получения чистой питьевой воды. Прошло 15 лет, но мир под влиянием графена так и не изменился. Почему?

Когда вы были ребенком, вы когда-нибудь подписывались за одноклассника, если тот сломал руку или ногу? Носили за ним портфель? Сломанные кости для ребенка — очень плохо: несколько катастрофических секунд, за которыми следуют месяцы скучного отдыха и восстановления. Но у детей в будущем может быть другая история, поскольку новые технологии позволят нам пересмотреть, как мы восстанавливаем сломанные кости.

Сложно поверить, что даже самые крошечные трещины в металле однажды могут приводить к разрушению целых конструкций. Однако далеко за примерами ходить не нужно – падающие мосты, прорывающиеся трубопроводы и многие другие катастрофические последствия нередко являются действием коррозии, образовавшейся в крошечных трещинах, царапинах и вмятинах, которые очень сложно обнаружить. Наиболее распространенным методом борьбы с коррозией является нанесение защитных покрытий, изолирующих поверхность металла от разрушающего воздействия окружающей среды. Проблема в том, что с нарушением этого покрытия теряется его эффективность.

Возможность практического использования квантовых компьютеров стала еще на один шаг ближе благодаря графену. Специалисты из Массачусетского технологического института и их коллеги из других научных учреждений смогли провести расчет времени суперпозиции, в которой могут находиться кубиты, построенные на базе графена. О результатах исследования сообщает статья Nature Nanotechnology.

Атомы углерода могут формировать связи самыми разными способами. Чистый углерод может встречаться в разных формах, включая алмаз, графит, нанотрубки, молекулы в форме футбольного мяча или сотовую сетку с шестиугольными клетками, известную как графен. Этот экзотический, строго двумерный материал прекрасно проводит электричество, но сверхпроводником не является. Возможно, в скором времени это изменится.

Что можно сделать с обычными шампиньонами? Наверняка у вас найдется далеко не один рецепт для того, чтобы вкусно их приготовить. Но, как выяснилось, для того, чтобы извлечь из гриба какую-то пользу, совсем необязательно обладать кулинарными талантами. Зато если вы подкованы в физике, биологии и знаете свойства графена, вам вполне по силам превратить шампиньон в источник по выработке электроэнергии.

Изобретенный на заре 21 века графен уже нашел свое применение во многих областях науки и техники. И даже подарил ученым, изучавшим его, Нобелевскую премию. Однако двухмерная структура наподобие этого углеродсодержащего материала была предсказана и для других элементов Периодической системы химических элементов и весьма необычные свойства одного из таких веществ недавно удалось изучить. А называется это вещество «синий фосфор».

Все современные электронные устройства используют для передачи информации электроны. Сейчас вовсю идет разработка квантовых компьютеров, которые многие считают будущей заменой традиционных устройств. Однако есть и еще один, при этом не менее интересный путь развития. Создание, так называемых, фотонных компьютеров. И недавно группа исследователей из Университета Эксетера (Великобритания) обнаружила свойство частицы, которое может помочь в разработке новых компьютерных схем.

Ученикам показали летящий графен

Дни российской науки в институтах СО РАН в этом году прошли очень зрелищно. Кроме традиционных докладов и экскурсий школьникам демонстрировали интересные опыты. Так, в Институте неорганической химии СО РАН учащихся профильных классов гимназий, СУНЦ НГУ и студентов педуниверситета познакомили с уникальным материалом микроэлектроники будущего – графеном.

БУНТАРИ ОТ НАУКИ

За создание графена – двумерного углеродного материала – в конце прошлого года два российских физика, работающих в Великобритании, удостоились Нобелевской премии. Константин Новоселов и Андрей Гейм получили графен, отделяя при помощи обычного скотча тончайшие слои графита; из похожего материала сделан, например, обычный карандашный грифель.

– Константин Новоселов рассказывал мне, как он додумался до этого способа, – рассказала д.х.н. Любовь Булушева. – На самом деле это известный метод получения подложки для микроскопического исследования образцов. Лауреаты Нобелевской премии не стали прислушиваться к теореме, согласно которой двумерные структуры должны скручиваться в трубки, и победили. Представьте мыльный пузырь – графен тоньше его стенок в 10 тысяч раз! Он пропускает примерно 97% видимого света, но при этом прочен, гибок, хорошо растяжим, обладает высокой проводимостью. Компьютеры, созданные с использованием этого материала в микросхемах, будут иметь производительность на порядки выше существующей сегодня.

ГДЕ ТОНКО, ТАМ НЕ РВЕТСЯ

Свойства нового материала настолько уникальны, что способы его использования можно перечислять часами. Докладчик назвала всего лишь одно из них: при помощи электронного луча в тончайшей графеновой пленке можно легко сделать отверстие заданного размера, «выбив» нужное количество атомов из решетки. Это грандиозный шаг к упрощению механизма расшифровки ДНК: пропуская молекулу через узкое отверстие в графеновой мембране, информацию о проходящих сквозь него ионах можно будет считывать легко и точно. До недавнего времени такую технологию считывания ДНК пытались реализовать на полупроводниковых и других мембранах, но из-за их толщины (десятки нанометров) точность была невысока.

После растяжения графен принимает исходное состояние – ни одно твердое тело так не реагирует на деформацию. Это значит, что изготовленные из этого материала пластичные ноутбуки, мобильные телефоны и другую технику можно будет скомкать и даже швырнуть об стену безо всякого риска их сломать. Графеновая пленка не пропускает ни один газ, кроме атомарного водорода. Ее легко свернуть и наполнить газом, как воздушный шар. Использовать пузырьки или многослойные графеновые пленки с ячейками можно в качестве безопасного хранилища водородного топлива на транспорте (одна из важнейших проблем при переходе на водородную энергетику). При обработке атомарным водородом графен превращается в стабильный полупроводник – графан, а при нагреве до 300°С водород испаряется и материал снова становится графеном. Взаимодействие графена с атомами газа можно использовать как основу для создания высокочувствительных детекторов, которые смогут «унюхать» вещества на огромном расстоянии.

– Чтобы увидеть графен, нужен обычный оптический микроскоп и вот такая кремниевая подложка, – показывает Любовь Булушева. – Мы можем даже посчитать, сколько слоев углерода лежит на нашей подложке. Есть мощные туннельные микроскопы, и с их помощью можно видеть атомную ячеистую структуру этого материала. Видите, сколько в ней дефектов? Для промышленного использования в таком виде он, конечно, не подойдет. Когда мы отслаиваем пленки графена с помощью скотча, мы его рвем. Такой механический способ не годится для получения большого куска графена. Сейчас уже существуют промышленные методы, позволяющие получить графеновые пленки квадратными метрами. А есть и химические способы, которые применяются и в нашем институте.

ОБЛАКО ГРАФЕНА И ГЕЙЗЕР МАРГАНЦОВКИ

Хотя премия за графен дана физикам, над этой технологией сегодня работают химики во многих научных центрах мира. Химическим получением графена из соединений графита занимаются две лаборатории ИНХ СО РАН. Например, можно расщепить фторид графита при нагреве. Такой терморасширенный графит в виде композитов широко используется в литиевых аккумуляторах. Молекулы, находящиеся между слоями графита, при нагреве высвобождаются из межслоевого пространства, что приводит к разрыву кристаллической решетки вещества. Этот опыт продемонстрировал старший научный сотрудник ИНХ СО РАН Виктор Махотченко – поднес зажигалку к кусочку фторида графита, и по всей аудитории разлетелись графитовые чешуйки микронного размера, состоящие из 15-20 слоев графена. Впрочем, часть их удалось аккуратно собрать в чашку Петри. Кстати, скандально известный в научных кругах Виктор Петрик использует именно метод терморасширения. Правда, в свойственной ему манере он выдает его за собственный оригинальный способ получения графена, хотя на выходе получаются графеновые стопки, которые еще необходимо разделять и переносить на подложку. Сама технология существует более 30 лет, однако раньше ученые не имели достаточно мощной инструментальной базы для качественного выявления полученных наноразмерных структур.

– В нашем институте получают растворы соединений графита – вы видите, что они разного цвета, в зависимости от концентрации, – продолжает Любовь Булушева. – А еще на слои графена можно осадить наночастицы полупроводникового металла, например, сульфида меди, и получить большой прозрачный люминесцентный экран. В Японии подобные графеновые экраны уже вовсю производит компания Samsung.

В завершение мероприятия молодой кандидат наук из ИНХ СО РАН Константин Коваленко показал аудитории, как легко и просто можно сделать в пробирке настоящий гейзер, добавив в перекись водорода раствор марганцовки. Школьники в первых рядах чуть не повизгивают от удовольствия, но не стоит думать, что в таких опытах нет никакой пользы. Кто-то из сегодняшних экскурсантов непременно вернется в институт, где бьют гейзеры и летает графен, и вернется уже в качестве ученого.

Мария ШКОЛЬНИК

Версия для печати
(постоянный адрес статьи)
http://www.navigato.ru/number/370/publication/11367/?print=1

Что такое графен? | Флагманский графен

Графен — один слой атомов углерода — может быть самым удивительным и универсальным веществом, доступным человечеству. Проще говоря, графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенных в гексагональной решетке.

Впервые графен был выделен в 2004 году. С тех пор графен нашел сотни инновационных применений, от датчиков и электроники до хранения энергии и здравоохранения. Кроме того, исследования графена привели к открытию нового семейства двумерных и слоистых материалов. В сочетании с графеном — так же, как вы смешиваете разные ингредиенты в бутерброде — они открывают совершенно новый мир возможностей.

Свойства графена

Несмотря на то, что графен представляет собой атомарно тонкий слой атомов углерода, графен обладает выдающимися свойствами, которые делают его привлекательным материалом для многих применений.

Графен – самый тонкий материал в мире – его толщина составляет всего один атом, что в миллион раз тоньше человеческого волоса. Однако он очень прочный, прочнее стали и алмаза. Это позволяет использовать многие композитные материалы с выдающейся жесткостью и долговечностью. Графен также очень гибок, что заставляет нас мечтать о его применении в носимых устройствах и складной электронике. Он отлично подойдет для гибких экранов, так как он также прозрачен. Кроме того, графен является отличным проводником электричества и тепла. Некоторые производители используют эти два принципа для производства токопроводящих чернил и красок для электронных схем и гелей, рассеивающих тепло. Благодаря токопроводящим свойствам графена можно даже делать батареи с более длительным сроком службы. И, конечно же, графен легкий — это всего лишь слой атомов углерода! Автомобильная и авиационная промышленность исследуют графен, чтобы сделать автомобили и самолеты менее тяжелыми, что снизит расход топлива и выбросы углерода.

Графен прошел долгий путь с момента создания первого графитового карандаша в 1560-х годах

Как производится графен?

Когда Андрей Гейм и Костя Новоселов впервые выделили графен в 2004 году, они использовали кусок липкой ленты, чтобы «отклеить» атомарно тонкие слои от графита. Графит является основным ингредиентом грифеля карандаша. Если вы когда-либо рисовали карандашом, вполне вероятно, что вы сделали свой собственный графен!

Конечно, этот метод трудно масштабировать — представьте, что нам нужно производить весь необходимый нам графен из кусков графита и клейкой ленты. К счастью, ученые предусмотрели новые способы производства графена, которые являются дешевыми, эффективными и масштабируемыми.

Графен для применения в электронике и фотонике должен иметь исключительную чистоту и качество. Мы используем процесс, называемый «химическое осаждение из паровой фазы», чтобы получить графен путем восстановления атомов углерода в метане. Тщательно контролируя условия, атомы выстраиваются в идеальную гексагональную решетку на подложке, которую обычно удаляют, чтобы перенести графен на более полезные платформы, такие как кремний, пластик или кварц. Другие приложения, такие как композитные материалы, краски и чернила, прекрасно работают с «объемными» графеновыми хлопьями. Мы можем производить графеновые чешуйки благодаря расслоению в жидкой фазе — методу, в котором ультразвук используется для «встряхивания» графита и разделения его слоев. Кроме того, графен может производиться по запросу для применения в сенсорах и фильтрации. Химики могут изменить его структуру и создать отверстия атомарной точности — микроскопические сита — или добавить функциональные группы, которые избирательно реагируют с интересными соединениями.

Методы производства

Жидкофазное расслоение

Оксид графена является продуктом жидкофазного расслоения, при котором монослои или несколько чешуек графена отслаиваются от графита в жидкой среде. Оксид графена является важным материалом для ряда применений в биомедицине, накоплении энергии, нанокомпозитах и других областях.

Химическое осаждение из паровой фазы

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) Графен производится в процессе, при котором атомы углерода испаряются, а затем осаждаются на медной фольге. CVD-графен можно использовать в таких приложениях, как прозрачная и гибкая электроника, а также в качестве антикоррозионных покрытий.

Механическое расслоение

Кристаллы графена выращивают на различных подложках для различных применений. Графен, выращенный на изоляторах, таких как SiO2, обычно образует пленку с небольшими кристаллитами, в то время как рост на плотноупакованных поверхностях металлов дает высококристаллические пленки. Эти кристаллы можно выращивать на пластинах для электронных приложений.

Графен: Нобелевская история

С 2013 года Graphene Flagship объединяет академических и промышленных исследователей, чтобы вывести графен и слоистые материалы на передний план европейских научных исследований. Но когда и как все началось? Откройте для себя историю графена. (Изображение: Адам Бейкер, Flickr).

Ярлыки

Что такое графен — Graphenano Nanotechnologies

Двумерный

Каждый слой толщиной в один атом

Устойчивый

В 200 раз прочнее конструкционной стали

Тверже алмаза

1 грамм меньше 9 весит0006

Гибкий

Растягивается до 20% своей длины, не вызывая дефектов

Проводящий

Термический и электрический, лучше, чем у меди

Биосовместимый

Имеет непосредственное применение в медицине

Экологически чистый

6 6 точно так же, как графит

ГРАФЕН

Графен представляет собой двумерный материал атомного масштаба, который состоит из одного слоя атомов углерода, которые имеют высокий уровень когезии за счет гибридизационных связей sp ² и расположены на однородной поверхности, слегка волнистой, напоминающей сотовую решетку из-за своей шестиугольной формы. Графен является аллотропной формой углерода, такой как графит или алмаз. Таким образом, один миллиметр графита содержит три миллиона слоев графена.

Это самый прочный материал, известный в природе, прочнее конструкционной стали с такой же плотностью и даже тверже алмаза, и в то же время его толщина варьируется от 1 до 10 атомов углерода. Из-за своей тонкости этот материал считается двухмерным; это единственный материал, который может оставаться стабильным при толщине всего в один атом.

Он эластичен и гибок, графен также обладает отличной электро- и теплопроводностью. Это позволяет рассеивать тепло и выдерживать интенсивные электрические токи без нагрева. Он практически прозрачен, водонепроницаем и настолько плотен, что сквозь него не проходит даже гелий. Он также обладает многими другими качествами, такими как высокая подвижность электронов, свойство, которое сделает его особенно интересным в будущем для потенциального использования в быстрых наноустройствах.

Графен обладает невероятными механическими, электронными, химическими, магнитными и оптическими свойствами, и по этой причине он является одним из наиболее изученных материалов на данный момент. Кроме того, графен — это чистый углерод, широко распространенный в природе и экологически чистый.

По всем этим причинам графен очень перспективен для тысяч приложений в самых разных областях. Он может заменить основные материалы, такие как кремний, в течение следующего десятилетия. Спектр возможностей его применения настолько широк и разнообразен, что может привести к технологической революции.

Открыт в 2004 году Константином Новоселовым и Андреем Геймом, лауреатами Нобелевской премии по физике 2010 года.

Он двумерный и в 100 000 раз тоньше человеческого волоса.

Это самый прочный природный материал, в 200 раз прочнее конструкционной стали той же плотности.

Его труднее поцарапать, чем алмаз.

Эластичный и более гибкий, чем углеродное волокно.

Имеет такую же плотность, как углеродное волокно, но в 5 раз легче алюминия. Лист графена площадью 1 квадратный метр весит всего 0,77 миллиграмма.

Водонепроницаемый, отталкивающий воду и коррозию.

Химически инертен, не вступает в реакцию с кислородом воздуха и не окисляется.

У него большая удельная поверхность (SSA) 2600 м ² /г, поэтому одного грамма достаточно, чтобы полностью покрыть футбольное поле.

Он настолько плотный, что сквозь него не проходит даже гелий. Однако он пропускает водяной пар, который испаряется с такой же скоростью, как если бы вода находилась в открытом сосуде.

Практически прозрачен для света, так как оптическое поглощение одного слоя графена составляет всего ~2,3% в видимом спектре.

Обладает высокой тепло- и электропроводностью, большей, чем у меди или серебра.

Он меньше нагревается при переносе электронов (меньший эффект Джоуля) и потребляет меньше электроэнергии, чем кремний, для той же задачи.

Работает как умножитель частоты, что позволяет работать на высоких тактовых частотах.

Устойчив к ионизирующему излучению, поэтому применим в таких областях, как здравоохранение (системы лучевой терапии и т.д.).

Биосовместим и нетоксичен для биологических клеток.

Обладает бактерицидным действием, но способствует росту клеток. В нем не развиваются бактерии, поэтому его можно использовать в биомедицине или пищевой промышленности.

Может вступать в химическую реакцию с другими веществами с образованием новых соединений с альтернативными свойствами, открывая неограниченный диапазон областей применения.

Дополнительная информация в этом PDF-файле

ГРАФЕН

Графен представляет собой двумерный материал атомного масштаба, состоящий из одного слоя атомов углерода, которые имеют высокий уровень когезии за счет гибридизационных связей sp ² и расположены на однородной поверхности, слегка волнистой, похожей на сотовую решетку из-за ее шестиугольной формы. Графен является аллотропной формой углерода, такой как графит или алмаз. Таким образом, один миллиметр графита содержит три миллиона слоев графена.

Открыт в 2004 году Константином Новоселовым и Андреем Геймом, лауреатами Нобелевской премии по физике 2010 года.

Он двумерный и в 100 000 раз тоньше человеческого волоса.

Это самый прочный природный материал, в 200 раз прочнее конструкционной стали той же плотности.

Его труднее поцарапать, чем алмаз.

Эластичный и более гибкий, чем углеродное волокно.

Водонепроницаемый, отталкивающий воду и коррозию.

Химически инертен, не вступает в реакцию с кислородом воздуха и не окисляется.

Обладает высокой тепло- и электропроводностью, большей, чем у меди или серебра.

Работает как умножитель частоты, что позволяет работать на высоких тактовых частотах.

Биосовместим и нетоксичен для биологических клеток.

Больше информации в этом PDF

Токсичность наночастиц семейства графена: общий обзор происхождения и механизмов | Токсикология частиц и волокон

Обзор
Открытый доступ
Опубликовано: 31 октября 2016 г.

Lingling Ou ² ,
Bin Song ¹ ,
Huimin Liang ¹ ,
Jia Liu ¹ ,
Xiaoli Feng ¹ ,
Bin Deng ³ ,
Тин Сунь ² и
…
Лунцюань Шао ¹

Токсикология частиц и волокон
том 13 , номер статьи: 57 (2016)
Процитировать эту статью

461 тыс. Доступов
380 цитирований
2131 Альтметрический
Сведения о показателях

Abstract

Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам наноматериалы семейства графена (GFN) широко используются во многих областях, особенно в биомедицинских приложениях. В настоящее время во многих исследованиях изучалась биосовместимость и токсичность GFN in vivo и in intro. Как правило, GFN могут проявлять различную степень токсичности на животных или клеточных моделях, следуя различным путям введения и проникая через физиологические барьеры, впоследствии распределяясь в тканях или локализуясь в клетках, в конечном итоге выводясь из организма. В этом обзоре собраны исследования токсического действия GFN на несколько моделей органов и клеток. Мы также отмечаем, что различные факторы определяют токсичность GFN, включая латеральный размер, структуру поверхности, функционализацию, заряд, примеси, агрегацию и эффект короны и т. д. Кроме того, было выявлено несколько типичных механизмов, лежащих в основе токсичности GFN, например, физическое разрушение, окислительный стресс, повреждение ДНК, воспалительная реакция, апоптоз, аутофагия и некроз. В этих механизмах (toll-подобные рецепторы-) TLR-, трансформирующий фактор роста β- (TGF-β-) и фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α)-зависимые пути участвуют в сети сигнальных путей, а окислительный стресс играет решающую роль в этих путях. В этом обзоре мы обобщаем имеющуюся информацию о регулирующих факторах и механизмах токсичности GFN, а также предлагаем некоторые проблемы и предложения для дальнейших исследований GFN с целью завершения токсикологических механизмов и предоставления предложений по улучшению биологической безопасности GFN. и способствовать их широкому применению.

История вопроса

Графен, выделенный из кристаллического графита, представляет собой плоский монослой, состоящий из двумерных листов толщиной в один атом гексагонально расположенной сотовой решетки [1]. Благодаря своей уникальной структуре, удельной площади поверхности и механическим характеристикам функции и применение графена привлекли значительное внимание с момента открытия этого материала в 2004 году [2, 3]. Графен и его производные включают однослойный графен, малослойный графен (FLG), оксид графена (GO), восстановленный оксид графена (rGO), графеновые нанолисты (GNS), графеновые наноленты и др. [4–7]. GO является одним из наиболее важных химических производных графена из наноматериалов семейства графенов (GFN), который привлекает все большее внимание в связи с его потенциальными биомедицинскими применениями. Материалы на основе графена обычно имеют размеры от нескольких до сотен нанометров и толщину 1–10 нм [8, 9].], что также является определением «наночастиц» или «наноматериалов». Благодаря исключительным физическим и химическим свойствам графеновые материалы нашли широкое применение в различных областях, в том числе в области хранения энергии; наноэлектронные устройства; батареи [10–12]; и биомедицинские приложения, такие как антибактериальные препараты [13, 14], биосенсоры [15–18], визуализация клеток [19, 20], доставка лекарств [8, 21, 22] и тканевая инженерия [23–25].

Наряду с увеличением применения и производства GFN возрастает риск непреднамеренного профессионального или экологического воздействия GFN [26]. А недавно были проведены некоторые исследования воздействия GFN на рабочем месте, и опубликованные данные показали, что профессиональное воздействие GFN потенциально токсично для рабочих и исследователей [27–29].]. GFN могут быть доставлены в организм путем интратрахеальной инстилляции [30], перорального введения [31], внутривенной инъекции [32], внутрибрюшинной инъекции [33] и подкожной инъекции [34]. GFN могут вызывать острые и хронические повреждения тканей, проникая через гемато-воздушный барьер, гематоэнцефалический барьер, гематоэнцефалический барьер, гемато-плацентарный барьер и т. д. и накапливаясь в легких, печени, селезенке и т. д. Например, некоторые аэрозоли графеновых наноматериалов могут вдыхаться и образовывать значительные отложения в дыхательных путях, и они могут легко проникать через трахеобронхиальные дыхательные пути, а затем переходить в нижние дыхательные пути легких, что приводит к последующему образованию гранулем, фиброзу легких и неблагоприятным последствиям для здоровья при воздействии. человек [2, 29]. В нескольких обзорах описаны уникальные свойства [35, 36] и обобщены последние потенциальные биологические применения GFN для доставки лекарств, доставки генов, биосенсоров, тканевой инженерии и нейрохирургии [37–39]; оценивали биосовместимость GFN в клетках (бактериальных, млекопитающих и растений) [7, 40, 41] и животных (мыши и рыбки данио) [42]; собрана информация о влиянии GFN в почвенной и водной средах [43]. Хотя в этих обзорах обсуждались соответствующие профили безопасности и нанотоксикология GFN, конкретных выводов и подробных механизмов токсичности было недостаточно, а механизмы токсичности не были обобщены полностью. Токсикологические механизмы GFN, продемонстрированные в недавних исследованиях, в основном включают воспалительную реакцию, повреждение ДНК, апоптоз, аутофагию и некроз и т. д., и эти механизмы могут быть собраны для дальнейшего изучения сети сложных сигнальных путей, регулирующих токсичность GFN. Необходимо отметить, что существует несколько факторов, которые в значительной степени влияют на токсичность GFN, такие как концентрация, латеральный размер, структура поверхности и функционализация и т. д. Здесь в этом обзоре представлен исчерпывающий обзор доступной информации о механизмах и регулирующих факторах. токсичности GFN in vitro и in vivo с помощью различных экспериментальных методов с целью предоставления предложений для дальнейших исследований GFN и завершения токсикологических механизмов для повышения биологической безопасности GFN и содействия их широкому применению.

Токсичность GFN (in vivo и in vitro)

GFN проникают через физиологические барьеры или клеточные структуры различными путями воздействия или путями введения и попадают в организм или клетки, что в конечном итоге приводит к токсичности in vivo и in vitro. Различные пути введения и пути проникновения, различное распределение и экскреция в тканях, даже различные модели и места поглощения клетками могут определять степень токсичности GFN [44-46]. Поэтому разъяснение их может быть полезным для лучшего понимания закономерностей возникновения и развития токсичности GFN.

Путь введения

Обычные пути введения на животных моделях включают воздействие на дыхательные пути (интраназальная инсуффляция, интратрахеальная инстилляция и ингаляция), пероральное введение, внутривенную инъекцию, внутрибрюшинную инъекцию и подкожную инъекцию. Основным путем воздействия GFN в рабочей среде является попадание в дыхательные пути, поэтому вдыхание и внутритрахеальная инстилляция используются в основном у мышей для имитации воздействия GFN на человека. Хотя ингаляционный метод обеспечивает наиболее реалистичное моделирование воздействия в реальной жизни, закапывание является более эффективным и экономящим время методом, и было обнаружено, что GFN вызывают более длительный период воспаления при использовании закапывания (внутритрахеальное закапывание, внутриплевральное введение и глоточная аспирация), чем ингаляция [24, 30, 47, 48]. Было исследовано, что GFN откладываются в легких и накапливаются до высокого уровня, который сохраняется в легких более 3 месяцев с медленным выведением после интратрахеальной инстилляции [49].]. Внутривенная инъекция также широко используется для оценки токсичности графеновых наноматериалов, а графен циркулирует в организме мышей за 30 мин, накапливаясь в рабочей концентрации в печени и мочевом пузыре [32, 50–52]. Однако производные ГО обладали довольно ограниченной абсорбцией в кишечнике и быстро выводились из организма у взрослых мышей при пероральном введении [31, 53]. Наноразмерный ГО (350 нм) вызывал инфильтрацию подкожной жировой ткани меньшего количества мононуклеарных клеток после подкожной инъекции в область шеи по сравнению с микронным ГО (2 мкм) [34]. GO агломерировался вблизи места инъекции после внутрибрюшинного введения, а многочисленные более мелкие агрегаты оседали вблизи серозной оболочки печени и селезенки [31, 33]. Эксперименты по контакту с кожей или проникновению GFN в кожу не были обнаружены в рассмотренных здесь статьях, и нет достаточных доказательств, чтобы сделать вывод о том, что графен может проникать через неповрежденную кожу или кожные повреждения. Путь назальных капель, который широко использовался для проверки нейротоксичности или потенциала повреждения головного мозга других наноматериалов, не упоминался в статьях, рассмотренных здесь.

Пути проникновения GFN

GFN попадают в различные места через кровообращение или через биологические барьеры после попадания в организм, что приводит к разной степени удержания в разных органах. Благодаря своему наноразмеру GFN могут проникать в более глубокие органы, преодолевая нормальные физиологические барьеры, такие как гемато-воздушный барьер, гемато-тестикулярный барьер, гематоэнцефалический барьер и гемато-плацентарный барьер.

Гемато-воздушный барьер

Легкие являются потенциальным входом для наночастиц графена в организм человека через дыхательные пути. Вдыхаемые нанолисты ГО могут разрушать ультраструктуру и биофизические свойства пленки легочного сурфактанта (ПС), которая является первой линией защиты хозяина, и проявлять их потенциальную токсичность [54]. Агломерированные или диспергированные частицы оседают на внутренней альвеолярной поверхности внутри альвеол, а затем поглощаются альвеолярными макрофагами (АМ) [55]. Клиренсу в легких способствуют мукоцилиарный эскалатор, АМ или эпителиальный слой [56–58]. Однако некоторые небольшие вдыхаемые наночастицы проникают через интактный эпителиальный барьер легкого и затем могут кратковременно проникать в альвеолярный эпителий или интерстиций [59]., 60]. Интратрахеально введенный графен может перераспределяться в печень и селезенку, проходя через воздушно-гематический барьер [61]. Изучение гемато-воздушного барьера может привлечь к себе пристальное внимание, так как научные работники и рабочие подвергаются профессиональному воздействию GFN, как правило, ингаляционным путем. Выяснение того, как гемато-воздушный барьер играет роль в токсичности GFN, может стать горячей темой исследований.

Гематоэнцефалический барьер

Сложная структура гематоэнцефалического барьера, состоящего из ряда мембранных рецепторов и высокоселективных переносчиков, оказывает незначительное влияние на кровообращение и микроокружение головного мозга по сравнению с эндотелием периферических сосудов [62]. В исследованиях механизма гематоэнцефалического барьера были достигнуты определенные успехи, связанные с болезнями и нанотоксичностью. Масс-спектрометрическая визуализация (MSI) с лазерной десорбцией / ионизацией с использованием матрицы (MALDI) показала, что rGO со средним диаметром 342 ± 23,5 нм проникает через парацеллюлярный путь в межэндотелиальную щель в зависимости от времени путем уменьшения парацеллюлярная герметичность гематоэнцефалического барьера [63]. Кроме того, графеновые квантовые точки (ГКТ) с небольшим размером менее 100 нм могут преодолевать гематоэнцефалический барьер [64]. Исследования того, как графеновые материалы проходят через гематоэнцефалический барьер и вызывают нейротоксичность, очень редки, и для того, чтобы сделать вывод, необходимо больше данных.

Гематотестикулярный барьер

Гематотестикулярный барьер и гематотестикулярный барьер хорошо известны как одни из самых плотных гематотестикулярных барьеров в организме млекопитающих [65]. Частицы GO диаметром 54,9 ± 23,1 нм с трудом проникали через гематотестикулярный и гематоэпидидимический барьеры после внутрибрюшной инъекции, и качество спермы мышей не оказывало явного влияния даже при дозировке 300 мг/кг [66].

Гемато-плацентарный барьер

Плацентарный барьер незаменим для сохранения беременности, так как он обеспечивает обмен питательных веществ и продуктов метаболизма, выполняет жизненно важные метаболические функции и секретирует гормоны [67]. Недавний обзор показал, что плацента не обеспечивает жесткого барьера против переноса наночастиц к плоду, особенно против распределения углеродсодержащих наночастиц к плоду и внутри него [42]. Было высказано предположение, что рГО и частицы золота (диаметром 13 нм) практически не присутствуют или отсутствуют в плаценте и плоде на поздних сроках гестации после внутривенной инъекции [44, 68]. Однако в других сообщениях показано, что трансплацентарный перенос происходит на поздних сроках гестации [69]., 70]. Большое внимание уделялось токсичности наноматериалов для развития, и отчеты показали, что многие наночастицы действительно преодолевают плацентарный барьер и сильно влияют на развитие эмбрионов [71–75]. Но исследования воздействия графеновых материалов через плацентарный барьер недостаточны, и то, как эти частицы передаются эмбрионам, должно быть подробно изучено в будущем.

Эти четыре барьера были наиболее часто упоминаемыми барьерами в литературе, а другие барьеры не оценивались в недавних исследованиях, например, кожные барьеры, которые не упоминались ни в одном из сотен изученных исследований токсичности GFN. Более того, механизм, с помощью которого GFN проходят через эти барьеры, не совсем понятен, и срочно необходимы более систематические исследования.

Распределение и выделение GFN в тканях

На поглощение, распределение и выделение наночастиц графена могут влиять различные факторы, включая пути введения, физико-химические свойства, агломерацию частиц и поверхностное покрытие GFN.

Различные пути введения влияют на распределение GFN, например, интратрахеально закапываемый FLG, проходящий через воздушно-гематический барьер, в основном накапливается и задерживается в легких, при этом 47 % остаются через 4 недели [61]. Внутривенно введенный ГО поступал в организм через кровоток и в высокой степени удерживался в легких, печени, селезенке и костном мозге, а в легких мышей после внутривенной инъекции 10 мг кг/тело наблюдались воспалительная клеточная инфильтрация, образование гранулем и отек легких. вес ГО [49]. Точно так же после внутрибрюшинной инъекции в ретикулоэндотелиальной (РЭС) системе, включая печень и селезенку, наблюдалось высокое накопление пегилированных производных ГО. Напротив, GO-PEG и FLG не показали заметной абсорбции в желудочно-кишечном тракте или тканях при пероральном введении [31].

Различные свойства GFN, такие как их размер, доза и функциональные группы, всегда приводят к противоречивым результатам в профилях распределения графена. Например, Чжан и др. обнаружили, что ГО в основном задерживается в легких мышей [49].]; однако Ли и соавт. наблюдали накопление ГО в печени мышей [76]. Примечательно, что небольшие листы ГО диаметром 10–30 нм в основном распределялись в печени и селезенке, тогда как более крупные листы ГО (10–800 нм) в основном накапливались в легких [49, 52, 77]. Если размер ГО больше размера сосудов, ГО обычно застревает в артериях и капиллярах в непосредственной близости от места инъекции. Показано, что накопление ГО в легких увеличивалось с увеличением вводимой дозы и размера, но в печени значительно уменьшалось [78]. Нанесение биосовместимых полимеров на ГО также влияет на биораспределение, например, внутривенная инъекция ГО-ПЭГ и ГО-декстрана (ГО-ДЭКС) накапливается в ретикулоэндотелиальной системе (РЭС), включая печень и селезенку, без кратковременной токсичности. 31, 79]. Кроме того, на биораспределение влияет заряд белков плазмы и адсорбция ГО белками плазмы [34].

Экскреция и клиренс GFN различаются в разных органах. В легких наблюдения показали, что НГ втягивается и выводится АМ, которые могут быть выведены из мокроты через мукоцилиарный клиренс или другими путями [57], а 46,2 % интратрахеально закапываемого ФЛГ выводилось с фекалиями через 28 дней после воздействия. [61]. В печени наночастицы могут выводиться по гепатобилиарному пути, следуя по желчному протоку в двенадцатиперстную кишку [80]. Кроме того, пегилированный ГНС, который в основном накапливается в печени и селезенке, может постепенно выводиться из организма, вероятно, посредством почечной и фекальной экскреции. Как недавно было рассмотрено, листы GO размером более 200 нм улавливаются селезеночной физической фильтрацией, но небольшие размеры (приблизительно 8 нм) могут проникать в почечные канальцы с мочой и быстро удаляться без очевидной токсичности [81]. Пути выведения GFN еще четко не объяснены, но почечный и фекальный пути, по-видимому, являются основными путями выведения графена.

Недавно стратегия распределения и выделения/токсичности стала важной частью нанотоксикологических исследований. На сегодняшний день в нескольких статьях сообщалось о нескольких противоречивых результатах, касающихся распределения и выделения графена in vivo, и систематическая оценка токсикокинетики GFN все еще необходима. Метаболизм и экскреция наноматериалов являются длительными процессами, однако недавние исследования GFN ограничивались краткосрочными токсикологическими оценками, а долговременное накопление и токсичность GFN на различных тканях остаются неизвестными. Поэтому необходимо проводить долгосрочные исследования отложения и выделения GFN с использованием различных клеток и животных, чтобы обеспечить биобезопасность материалов перед их использованием в биомедицинских целях для человека.

Поглощение и локализация GFN в клетках

Также было замечено, что поглощение и локализация GFN оказывают различные эффекты в разных клеточных линиях. Графен попадает в клетки различными путями [82, 83]. В основном, физико-химические параметры, такие как размер, форма, покрытие, заряд, гидродинамический диаметр, изоэлектрическая точка и градиент рН, важны для прохождения ГО через клеточную мембрану [84]. Как указывалось ранее, наночастицы диаметром <100 нм могут проникать в клетки, а наночастицы диаметром <40 нм могут проникать в ядро [85]. Например, GQD, возможно, проникают через клеточные мембраны напрямую, а не через энергозависимые пути [86, 87]. Более крупные покрытые белком наночастицы оксида графена (PCGO) (~ 1 мкм) проникают в клетки в основном посредством фагоцитоза, а более мелкие наночастицы PCGO (~ 500 нм) проникают в клетки в основном посредством клатрин-опосредованного эндоцитоза [88]. Листы ГО могут прикрепляться и оборачиваться вокруг клеточной мембраны, встраиваться в липидный бислой или проникать внутрь клетки в результате взаимодействия с клетками [89].]. Точно так же было показано, что пегилированный восстановленный оксид графена (PrGO) и rGO прилипают к клеточной мембране липидного бислоя за счет взаимодействия гидрофобных немодифицированных графитовых доменов с клеточной мембраной [90, 91]. Следовательно, было высказано предположение, что длительное воздействие или высокая концентрация графена вызывает физическое или биологическое повреждение клеточной мембраны, а также дестабилизацию актиновых филаментов и цитоскелета [92].

Текущие данные показывают, что листы ГО взаимодействуют с плазматической мембраной и фагоцитируются макрофагами. В фагоцитозе ГНС принимают участие три основных рецептора на макрофагах: рецептор Fcg (FcgR), рецептор маннозы (MR) и рецептор комплемента (CR). Кроме того, FcgR является ключевым рецептором в опосредованном фагоцитарном пути [9].0, 93, 94]. Белковая корона ГО способствует распознаванию рецепторами макрофагов, особенно IgG, содержащимся в белковой короне. Было замечено, что макрофаги претерпевают огромные морфологические изменения при контакте с GO [34]. После интернализации графен накапливается в клеточной цитоплазме, перинуклеарном пространстве и ядре, что вызывает цитотоксичность в мышиных макрофагах за счет увеличения внутриклеточных АФК за счет истощения потенциала митохондриальной мембраны и запуска апоптоза за счет активации митохондриального пути [83]. Возможные взаимодействия и места накопления GFN представлены на рис. 1.

Рис. 1

Графеновые материалы и их биологические взаимодействия. ( A ) Пространство параметров для наиболее широко используемых графеновых материалов может быть описано размерами и поверхностной функционализацией материала, последняя определяется как процентное содержание атомов углерода в sp3-гибридизации. Зеленые квадраты представляют собой эпитаксиально выращенный графен; желтый , механически расслоенный графен; красный , химически расслоенный графен; синий , оксид графена. Обратите внимание, что в экспериментах также используется ряд других материалов, связанных с графеном (например, графеновые квантовые точки и графеновые наноленты). ( B ) Возможные взаимодействия родственных графену материалов с клетками (чешуйки графена не в масштабе). ( a ) Адгезия к внешней поверхности клеточной мембраны. ( b ) Включение между монослоями двойного слоя липидов плазматической мембраны. ( c ) Транслокация мембраны. ( d ) Цитоплазматическая интернализация. ( e ) Клатрин-опосредованный эндоцитоз. ( f ) Эндосомальная или фагосомальная интернализация. ( г ) Лизосомальная или другая локализация околоядерного компартмента. ( h ) Экзосомальная локализация. Биологические результаты таких взаимодействий можно рассматривать как неблагоприятные или полезные, в зависимости от контекста конкретного биомедицинского применения. Различные материалы, связанные с графеном, будут иметь разные предпочтительные механизмы взаимодействия с клетками и тканями, которые в значительной степени ожидают открытия. [90] Copyright (2014), с разрешения Американской ассоциации развития науки

Изображение в полный размер

Токсичность GFN для органов

Токсичность и биосовместимость GFN наблюдались и оценивались посредством теоретических исследований и исследований на животных моделях. В настоящее время имеется масса данных, свидетельствующих о токсичности GFN в различных органах или системах животных, поэтому перечислить все данные в этом обзоре затруднительно. Таким образом, мы обобщили определенное количество литературы и выбрали некоторые токсикологические исследования GFN in vivo, перечисленные в таблице 1.

Таблица 1 Токсичность GFN в органах

Полноразмерная таблица

Токсичность во внутренних органах

ГО может вызывать острую воспалительную реакцию и хроническое повреждение, нарушая нормальные физиологические функции важных органов [32, 81]. Эксперименты с пероральным зондом не показали заметного всасывания ГО через желудочно-кишечный тракт [95]. Интересно, что низкая доза ГО вызвала серьезное повреждение желудочно-кишечного тракта после того, как мыши-матери выпили суспензию ГО, а не высокую дозу ГО, потому что низкая доза ГО без агломерации может легко прикрепиться к поверхности желудочно-кишечного тракта и вызвать разрушение из-за его обильного содержания. острые края [53]. GFN вызывали воспаление и оставались в легких на 9-й день.0 после однократной интратрахеальной инстилляции и даже транслоцируется в лимфатические узлы легких при ингаляции только через нос [96, 97]. Высокая доза ГО, образующая агрегации, может блокировать легочные кровеносные сосуды и приводить к одышке [50, 98], а тромбоцитарные тромбы наблюдались при высоких концентрациях 1 и 2 мг/кг массы тела при внутривенной инъекции [89]. Сообщается, что GO разрушает альвеолярно-капиллярный барьер, позволяя воспалительным клеткам проникать в легкие и стимулировать высвобождение провоспалительных цитокинов [9].9]. Фиброз и воспаление можно было подтвердить по повышенным уровням белковых маркеров коллагена1, Gr1, CD68 и CD11b в легких. Использование Tween 80 для диспергирования FLG или поверхностно-активного вещества Pluronic для диспергирования графена было предложено для снижения вероятности образования фиброза легких у клеток или мышей, тогда как фиброз легких наблюдался, когда графен был суспендирован с бычьим сывороточным альбумином (BSA) [100]. Кроме того, возможна доставка радиоактивных изотопов в легкие, сопровождающаяся глубинным распространением на ¹²⁵ I-NGO в легких, и изотопы могут откладываться там и приводить к мутациям и раку [30]. Однако в недавних публикациях сообщалось об отсутствии явных патологических изменений у мышей, подвергшихся воздействию низких доз ГО и функционализированного графена путем внутривенной инъекции, включая аминированную ГО (ГО-Nh3), поли(акриламид)-функционализированную ГО (ГО-ПАМ), поли(акриловую кислоту). )-функционализированные ГО (ГО-ПАА) и ГО-ПЭГ; только GO-PEG и GO-PAA вызывали меньшую токсичность, чем исходный GO in vivo [31, 79, 89]. Таким образом, функциональные группы GFN и рабочая концентрация или агрегатное состояние в значительной степени влияют на токсичность GFN. В последнее время для снижения токсичности GFN обычно используют способы модификации функциональной группы GFN, снижения рабочей концентрации или изменения агрегатного состояния.

Токсичность для центральной нервной системы

Графен принес большую пользу нейрохирургии благодаря применению доставки лекарств/генов для лечения опухолей головного мозга, внутричерепных и спинальных биосовместимых устройств, методов биозондирования и биовизуализации. Появились исследования, касающиеся потенциальных возможностей или рисков графена в мозге. В модели куриного эмбриона нетронутые графеновые чешуйки снижали уровень рибонуклеиновой кислоты и скорость синтеза дезоксирибонуклеиновой кислоты, что приводило к вредному воздействию на развитие мозговой ткани, и в мозге наблюдалась атипичная ультраструктура [101]. Недавние исследования GFN в центральной нервной системе в основном связаны с применением, а не с токсичностью. Данные токсического исследования GFN находятся в стадии реализации.

Токсичность в системе репродукции и развития

Чистый графен снижал васкуляризацию сердца и плотность разветвленных сосудов после инъекции в оплодотворенные куриные яйца с последующей инкубацией в течение 19 дней [101]. GO и rGO повреждают эмбрионы рыбок данио, влияя на скорость вылупления эмбрионов и длину тела в зависимости от концентрации. Хотя явных пороков развития или смертности не наблюдалось у подвергшихся воздействию эмбрионов рыбок данио [102], GO прилипал к хориону эмбрионов рыбок данио и заворачивался в них, вызывая выраженную гипоксию и задержку вылупления. Агрегаты GO сохранялись во многих органеллах, таких как глаза, сердце, желточный мешок и хвост эмбрионов, и в этих областях наблюдался апоптоз и образование активных форм кислорода (АФК) [103].

GFN оказывают различное токсикологическое воздействие на мужскую и женскую репродуктивную систему. Данные показали, что GO оказывает очень слабое или почти полное отсутствие токсического воздействия на мужскую репродуктивную функцию даже в высоких дозах при внутрибрюшной инъекции [66]. Кроме того, rGO не изменял уровни эстрогена в сыворотке небеременных самок мышей. Состояние самок мышей отличается: самки мышей могли рожать здоровое потомство после инъекции rGO перед спариванием или во время ранней беременности, и среди пометов самок, которым вводили rGO, присутствовало лишь несколько аномальных плодов. Однако у беременных мышей случались аборты при всех дозах, и большинство беременных мышей погибали при введении высоких доз rGO на поздних сроках беременности [44]. Примечательно, что развитие потомства в группе с высокой дозировкой задерживалось в период лактации. Высокая доза ГО снижала потребление воды у мышей-матерей при пероральном воздействии, что снижало выработку молока и, таким образом, откладывало рост потомства [53]. Хотя результаты показывают, что GFN потенциально вредны для развития, данных о токсичности для репродуктивной системы и развития все еще недостаточно. Исследования влияния GFN на репродукцию и развитие самцов и самок все еще необходимы для выяснения основного механизма токсичности.

Влияние гемосовместимости

Попадание ГО в кровь неизбежно. Установлено, что гемосовместимость ГО зависит от функционального покрытия и условий воздействия. ГО субмикронного размера проявлял наибольшую гемолитическую активность, тогда как агрегированный графен вызывал наименьшую гемолитическую реакцию. Чистый графен и ОГ продемонстрировали гемолитический эффект до 75 мкг/мл [104]. ГО-полиэтиленимин (ГО-ПЭИ) проявлял заметную токсичность за счет связывания с ЧСА даже при 1,6 мкг/мл [105]. Карбоксилированный оксид графена (ГО-СООН) проявлял значительную цитотоксичность по отношению к Т-лимфоцитам при концентрациях выше 50 мкг/мл и имел хорошую биосовместимость при концентрациях ниже 25 мкг/мл, тогда как ГО-хитозан почти ингибировал гемолитическую активность [106]. До сих пор соответствующий риск гемосовместимости оставался в значительной степени неизвестным.

В заключение, повреждение легких, вызванное GFN, изучалось в нескольких исследованиях, результаты которых продемонстрировали инфильтрацию воспалительных клеток, отек легких и образование гранулемы в легких. Тем не менее, только несколько конкретных исследований оценивали другие органы, такие как печень, селезенка и почки, и симптомы повреждения, индекс повреждения и уровень повреждения этих внутренних органов не были полностью исследованы. Более того, исследования нейротоксичности GFN довольно редки; никаких данных не выявило, какие нервы или области мозга подвергаются повреждению, а также не изучались связанные с этим поведенческие проявления. Токсичность GFN для развития может вызывать структурные аномалии, задержку роста, поведенческие и функциональные нарушения и даже смерть. Исследование токсичности GFN для репродуктивной системы и развития будет чрезвычайно важным и привлечет большое внимание в будущем. Почти все исследования токсичности GFN были краткосрочными экспериментами, и ни одно исследование не изучало долгосрочное хроническое токсическое повреждение. Однако, основываясь на исследованиях токсичности других наноматериалов, длительное воздействие GFN может быть важным фактором, наносящим вред здоровью [107–109].]. Поэтому необходимо долгосрочное изучение GFN.

Токсичность GFN на клеточных моделях

Цитотоксичность GFN была проверена in vitro на различных клетках, изменяя жизнеспособность и морфологию клеток, разрушая целостность мембран и вызывая повреждение ДНК [110–112]. GO или rGO уменьшают адгезию клеток; индуцировать клеточный апоптоз; проникают в лизосомы, митохондрии, ядра клеток и эндоплазму [113]. GQD проникали в клетки и индуцировали повреждение ДНК за счет повышенной экспрессии белков p53, Rad 51 и OGG1 в клетках NIH-3 T3 [87]. Однако GQD не оказывали значительной токсичности в отношении клеточных линий рака молочной железы человека (в дозе 50 мкг/мл) или нервных стволовых клеток человека (в дозе 250 мкг/мл) [114, 115]. Производные ГО резко снижали экспрессию дифференциальных генов, отвечающих за структуру и функцию клеточной мембраны, таких как регуляция актинового цитоскелета, фокальная адгезия и эндоцитоз [89].]. В клетках феохромоцитомы крыс (клетки PC12) графен и rGO вызывали цитотоксические эффекты и повреждение митохондрий, такие как высвобождение лактатдегидрогеназы (ЛДГ), увеличение активации каспазы-3 и образование АФК [82, 116]. .

Графен может повышать жизнеспособность клеток [117] или вызывать гибель клеток [118] в зависимости от клеточной линии, типа графенового материала и дозы. Цитотоксичность ГО наблюдалась в фибробластах человека и эпителиальных клетках легких при концентрациях выше 20 мкг/мл через 24 часа, но минимальная токсичность была обнаружена у A549.клеток при концентрациях выше 50 мкг/мл [119]. Биологические реакции, индуцированные ГО, такие как АФК, малоновый диальдегид (МДА) и ЛДГ, увеличивались, тогда как супероксиддисмутаза (СОД) дозозависимо снижалась в клетках HeLa [120]. Однако молекулярный маяк GO (GO-MB) показал низкую цитотоксичность даже при 20 мкг/мл в клетках HeLa [121]. ГО снижал жизнеспособность клеток А549, в то время как та же концентрация и время воздействия увеличивали жизнеспособность клеток колоректальной карциномы СаСо2 [122]. В другом исследовании сообщалось, что ГО резко усиливает дифференцировку SH-SY5Y, что сопровождается увеличением длины нейритов и экспрессией нейронного маркера MAP2 при низких концентрациях, но что ГО подавляет жизнеспособность клеток SH-SY5Y при высоких дозах (≥80 мг/мл). [123]. Функциональные покрытия на ГО, такие как ГО-ПЭГ [124] и ГО-хитозан [125], могут значительно снизить цитотоксичность частиц за счет ингибирования взаимодействия между клетками.

Токсичность GFN in vitro представлена в таблице 2. Данные о цитотоксичности графеновых наноматериалов противоречивы, и на результаты влияют различные характеристики. Механизмы и влияющие факторы токсичности требуют подробного изучения.

Таблица 2 Токсичность GFN в клеточных моделях

Полноразмерная таблица

Источники токсичности GFN

Сообщается, что характеристики графена, включая его концентрацию, поперечные размеры, структуру поверхности, функциональные группы, чистоту и белковую корону, сильно влияют его токсичность в биологических системах [2, 7, 104, 126–129].

Концентрация

Многочисленные результаты показали, что графеновые материалы вызывают дозозависимую токсичность у животных и клеток, такую как повреждение печени и почек, образование гранулемы легких, снижение жизнеспособности клеток и клеточный апоптоз [130–134]. В исследованиях in vivo ГО не проявлял очевидной токсичности у мышей, подвергшихся воздействию низкой дозы (0,1 мг) и средней дозы (0,25 мг), но вызывал хроническую токсичность при высокой дозе (0,4 мг). Высокое содержание GO в основном откладывалось в легких, печени, селезенке и почках, и его было трудно очистить почками с помощью одной инъекции в хвостовую вену [135]. Интересно, что увеличение дозы приводило к резкому снижению поглощения s-GO в печени, но к увеличению поглощения s-GO в легких при внутривенной инъекции [31], поскольку высокая доза GO потенциально превышала насыщение поглощения или истощала массу опсонинов плазмы. , что, следовательно, подавляло печеночное поглощение. Кроме того, исследование in vitro показало, что нанолисты ГО с концентрацией 20 мкг/мл не проявляли цитотоксичности в отношении A549. в течение 2 ч инкубации, но более высокая концентрация (85 мкг/мл) снижала жизнеспособность клеток до 50 % в течение 24 ч [136, 137]. Лю и др. также продемонстрировали, что ГО не обладал явной цитотоксичностью при низких концентрациях в течение 96 ч в линии клеток нейробластомы человека SH-SY5Y, но жизнеспособность клеток резко снижалась до 20 % после обработки 100 мг/мл ГО в течение 96 ч инкубации [123]. . Результаты в клетках HeLa, клетках NIH-3 T3 и клетках рака молочной железы (SKBR3, MCF7), обработанных графеновыми нанолентами, также показали дозозависимое (10–400 мг/мл) и зависящее от времени (12–48 ч) снижение жизнеспособность клеток [138]. Возрастающие концентрации ГО поступали в лизосомы, митохондрии, эндоплазму и ядро клетки [119].]. Несколько данных показали, что rGO вызывал апоптоз-опосредованную гибель клеток при более низкой дозе и в более ранний момент времени, но некроз преобладал с увеличением времени/дозы [110, 135].

Латеральный размер

Наночастицы размером <100 нм могут проникать в клетку, <40 нм могут проникать в ядро, а менее 35 нм могут преодолевать гематоэнцефалический барьер [85]. Одно исследование показало, что ГО (588, 556, 148 нм) не проникает в клетки A549 и не обладает явной цитотоксичностью [112]. Когда диаметр графена составляет от 100 ~ 500 нм, наименьший размер может вызвать самую сильную токсичность, а когда диаметр ниже 40 нм, самые маленькие размеры могут быть самыми безопасными. Например, рГО диаметром 11 ± 4 нм может проникать в ядро чМСК и вызывать хромосомные аберрации и фрагментацию ДНК при очень низких концентрациях 0,1 и 1,0 мг/мл за 1 ч. Однако листы rGO диаметром 3,8 ± 0,4 нм не проявляли заметной генотоксичности в отношении чМСК даже при высокой дозе 100 мг/мл через 24 часа [118].

В исследовании in vivo s-GO (100–500 нм) преимущественно накапливалась в печени, тогда как l-GO (1–5 мкм) в основном располагалась в легких, поскольку l-GO образовывала более крупные комплексы GO-белок, которые отфильтровывались легочными капиллярами после внутривенного введения [31]. Учитывая относительные латеральные размеры (205,8 нм, 146,8 нм и 33,78 нм) трех нанолистов ГО при одинаковой концентрации, ГО меньшего размера испытывает гораздо большее поглощение клетками Hela, чем ГО большего размера [139]. Высокое поглощение s-GO изменило микроокружение клеток и, следовательно, вызвало наибольшую потерю жизнеспособности и самый серьезный окислительный стресс среди трех размеров образцов GO [119].]. В результате одно исследование показало, что GO в зависимости от размера индуцирует поляризацию M1 макрофагов и провоспалительные реакции in vitro и in vivo. Более крупный GO демонстрировал более сильную адсорбцию на плазматической мембране с меньшим фагоцитозом, вызывая надежные взаимодействия с TLR и активируя пути NF-κB, по сравнению с меньшими слоями GO, которые с большей вероятностью поглощались клетками [94]. Для дальнейшего раскрытия подробного механизма, лежащего в основе этих эффектов, необходимы дополнительные исследования, чтобы проиллюстрировать жизненно важный механизм поперечного размера графеновых материалов.

Структура поверхности

GFN обладают широко варьирующимся химическим составом поверхности. Например, исходная поверхность графена гидрофобна, поверхность GO частично гидрофобна с карбоксилатными группами [140–142], а rGO имеет промежуточную гидрофильность [143]. Было обнаружено, что GFN нарушают функцию и структуру клеточных мембран и белков, вероятно, за счет исключительно сильных молекулярных взаимодействий с клетками [2, 91]. Например, рГО связывается с клеточными мембранами, стимулирует рецепторы и активирует митохондриальные пути, вызывая апоптоз [110, 111, 144]. Ограниченные данные показали, что GO меньше и менее токсичен, чем rGO из-за высокого содержания кислорода, более гладких краев и гидрофильных свойств первых видов [104, 145, 146]. Из-за разных степеней окисления поверхности GO и rGO GO, обладающая выраженной гидрофильностью, может быть интернализована и легко поглощаться клетками HepG2. Напротив, рГО с выраженной гидрофобностью может адсорбироваться и агрегироваться на клеточной поверхности без (или с меньшим) поглощением [110]. Из-за сильных π-π-стекинговых взаимодействий графен обладает высокой способностью разрушать многие остатки белка, особенно ароматические, такие как головка виллина (HP), F10, W23 и F35. Вторичная и третичная структуры белка в значительной степени лежат на поверхности графена, нарушая структуру и функцию белка [41] (рис. 2). Кроме того, ГО может встраиваться между парами оснований двухцепочечной ДНК и нарушать поток генетической информации на молекулярном уровне, что может быть одной из основных причин мутагенного действия ГО [7, 112, 146, 147]. .

Рис. 2

Репрезентативная траектория адсорбции HP35 на графене. ( a ) Репрезентативные снимки в разные моменты времени. Белки показаны на рисунках красной спиралью и зеленой петлей, а графен показан пшеницей. Ароматические остатки, которые образуют стэкинг-взаимодействия π-π, показаны синим цветом, другие — зеленым. ( b ) Площадь контакта HP35 с графеном. ( c ) Среднеквадратическое стандартное отклонение HP35 от его нативной структуры и количества остатков в структуре α-спирали. Здесь вторичные структуры определяются программой DSSP. ( d ) Расстояние между графеном и ароматическими остатками, включая F35, W23, F10, F17 и F06. Для более наглядного отображения процесса адсорбции ось χ была усечена и масштабирована. [41] Copyright (2011), с разрешения Journal of Physical of Chemistry

Полноразмерное изображение

Заряд

В ряде исследований подчеркивается важность поверхностного заряда GO из-за его способности влиять на механизм интернализации и поглощения. клеток [148–150]. Интернализация ГО была незначительной в нефагоцитах, что, вероятно, было связано с сильным электростатическим отталкиванием между отрицательно заряженной ГО и поверхностью клетки [34]. Однако другие предположили, что отрицательно заряженные наночастицы могут быть интернализованы в нефагоцитирующие клетки путем связывания с доступными катионными сайтами на клеточной поверхности и захватываются рецепторами-мусорщиками [110, 146, 150]. Сообщается, что частицы GO/GS вызывают морфологические изменения и значительный лизис, что приводит к сильному гемолизу эритроцитов (эритроцитов). Разрушение мембран эритроцитов, вероятно, связано с сильными электростатическими взаимодействиями между отрицательно заряженными кислородными группами на поверхности GO/GS и положительно заряженными фосфатидилхолиновыми липидами на внешней мембране эритроцитов [106].

Функционализация

Исследования подтвердили, что функционализация ПЭГ [52], пегилированным поли-L-лизином (PLL) [151], поли(ε-капролактоном) [152], поливиниловым спиртом [3], плюроником [153], амином [98], карбоксильные и декстрановые [79] группы значительно снижают токсичность и улучшают биосовместимость графена. Результаты in vivo показали, что после подкожной инъекции гидрогеля GO-Pluronic возникало только легкое хроническое воспаление, а после внутривенной инъекции GO-DEX не наблюдалось заметной краткосрочной токсичности [79]., 154]. Пегилированный GS не вызывал заметной токсичности у мышей, подвергавшихся воздействию 20 мг/кг в течение 3 месяцев, по оценке биохимии крови и гистологических исследований, и показал относительно низкое удержание в RES [52, 155]. Покрытие ГО хитозаном практически устраняло гемолитическую активность в крови [39]. Кроме того, покрытие PEG эффективно облегчало острое повреждение тканей, вызванное GO; снижение агрегации и задержки ГО в печени, легких и селезенке; и способствовал клиренсу GO [81], GO-DEX [79] и фторированный оксид графена (FGO) [156].

В лабораторных условиях несколько анализов клеточной функции продемонстрировали четкие доказательства того, что функционализация поверхности первозданного графена или GO имеет решающее значение для снижения сильных эффектов токсичности [91]. PEG-GO, PEI-GO и LA-PEG-GO повреждали клетки фибробластов легких человека меньше, чем GO [148]. ПЭГ-ГО не проявлял цитотоксичности по отношению к некоторым клеточным культурам, таким как клетки глиобластомы (U87MG), клетки рака молочной железы (MCF-7), клетки рака яичников человека (OVCAR-3), клетки рака толстой кишки (HCT-116) и лимфобластоидные клетки. (RAJI), в концентрациях до 100 мкг/мл [119, 157, 158]. GQDs-PEG проявляли очень низкую токсичность или отсутствие токсичности в отношении клеток рака легких и шейки матки даже при очень высоких концентрациях (200 мкг/мл) [159]. Однако, поскольку это не биоразлагаемый материал с большим потенциалом интернализации в клетки, необходимы дальнейшие исследования для оценки возможных долгосрочных побочных эффектов функционализированного графена.

Агрегации и седиментация

Сообщается, что наноматериалы имеют тенденцию образовывать агрегаты, а не отдельные единицы, особенно в физиологических условиях. Поверхности GS позволяли меньшему количеству эритроцитов прикрепляться по сравнению с GO, а GS обладал более низкой гемолитической активностью для образования большего количества водянистых агрегатов. Напротив, быстрое осаждение и образование агрегатов GS значительно ингибировали доступность питательных веществ для клеток фибробластов кожи человека, выращенных на дне колодцев [106]. Следовательно, агрегация и осаждение частиц графена по-разному влияют на разные клетки.

Примеси

Чистота наноматериала является важным фактором, поскольку за наблюдаемую токсичность могут быть ответственны остаточные загрязняющие металлы, а не сам наноматериал, что привело к противоречивым данным о цитотоксичности GFN [35, 160]. Традиционно приготовленный GO часто содержит высокие уровни Mn ²⁺ и Fe ²⁺ , которые обладают сильным мутагенным действием на клетки. Неспецифическое высвобождение этих ионов из традиционно приготовленного ГО может привести к необычно высокому уровню цитотоксичности и разрыву ДНК [39].]. В частности, Пэн и соавт. [161] получили высокочистый GO, содержащий только 0,025 ч/млн Mn ²⁺ и 0,13 ч/млн Fe ²⁺ , а Hanene et al. [162] изобрели новый метод получения высокочистых однослойных листов GO с хорошей диспергируемостью в воде и коллоидной стабильностью. ГО, полученный этими новыми методами, не вызывал значительных цитотоксических реакций (при дозах облучения до 100 мкг/мл) in vitro, и не наблюдалось явного воспалительного ответа или образования гранулемы (при дозах облучения до 50 мкг/животное) in vivo. Таким образом, чистота GFN заслуживает внимания и является жизненно важным шагом на пути к определению GFN, участвующих в биоприменении.

Эффект белковой короны

Из-за высокого заряда свободной поверхности наноматериалы могут легко образовывать «короны» с белками в биологических системах [163, 164]. Предполагается, что белковая корона влияет на циркуляцию, распределение, клиренс и токсичность наночастиц. В нескольких работах сообщалось, что GO образует короны GO-белков с адсорбированными белками плазмы в сыворотке, и эти короны GO-белков играют важную роль в определении судьбы биокинетического поведения GO in vivo. Такие GO-белковые короны могут регулировать адгезию GO к эндотелиальным и иммунным клеткам посредством как специфических, так и неспецифических взаимодействий [165]. По сути, иммуноглобулин G и белки комплемента в белковой короне помогают реорганизовать наночастицы в иммунных клетках, заставляя частицы поглощаться РЭС, а покрытая IgG ГО поглощается либо специфическим, либо неспецифическим взаимодействием с рецепторами клеточной мембраны [31, 165]. Однако другое исследование показало, что ГО не может прикрепляться к эпителиальным клеткам слизистой оболочки непосредственно в кишечном тракте после того, как дочерние мыши пили водный раствор ГО, потому что обильные белки молока адсорбировались на поверхности ГО и, таким образом, препятствовали их прямому взаимодействию с ГО. эпителиальные клетки слизистой оболочки [53]. Белковая корона смягчала цитотоксичность GO, ограничивая его физическое взаимодействие с клеточной мембраной и уменьшая клеточные морфологические повреждения в HeLa, THP-1 и A549.клеток [166–168]. Цитотоксический эффект значительно снижался, когда GO предварительно покрывали FBS и инкубировали с клетками; почти ∼ 90 % выживаемость наблюдалась при 100 мкг/мл ГО, покрытой FBS, и 100 % выживаемость при 20 мкг/мл GO, покрытой FBS. Сходные тенденции наблюдались и для ГО, охватываемых БСА [166, 169]. Соответственно, дополнительная сыворотка может нейтрализовать токсичность изначального ГО в клетках J774.A1 в дозе 4 мкг/мл, что приводит к уменьшению количества клеток на 52,5 % по сравнению с необработанными клетками [89].

После обзора многих исследований можно сделать вывод, что на токсичность графена влияет множество факторов. Эти факторы в совокупности во многих случаях в значительной степени изменили токсичность GFN. Научные исследования часто нуждаются в четкой идентификации причины и следствия, которая должна одновременно различать только один фактор, чтобы можно было определить влияние этого единственного фактора. Но в некоторых работах одновременно изучалось несколько факторов, влияющих на токсичность GFN, что приводило к неоднозначным результатам.

Возможные механизмы токсичности GFN

Хотя некоторые физико-химические свойства и токсичность GFN были хорошо изучены многими учеными, точные механизмы, лежащие в основе токсичности GFN, остаются неясными. Схема основных механизмов цитотоксичности GFN представлена на рис. 3.

Рис. 3

На схематической диаграмме показаны возможные механизмы цитотоксичности GFN. GFN попадают в клетки различными путями, которые вызывают образование АФК, увеличение ЛДГ и МДА и Ca ²⁺ выпуск. Впоследствии GFN вызывают различные повреждения клеток, например, повреждение клеточной мембраны, воспаление, повреждение ДНК, митохондриальные расстройства, апоптоз или некроз размерных наночастиц из-за его двумерной структуры с sp2-углеродами. Физическое взаимодействие наночастиц графена с клеточными мембранами является одной из основных причин цитотоксичности графена [7, 170, 171]. Графен обладает высокой способностью связываться с α-спиральными структурами пептидов из-за благоприятной кривизны его поверхности [172]. При концентрации выше 75 мкг/мл чистый графен в значительной степени прилипал к поверхности клеток RAW 264.7 и приводил к аномальному растяжению клеточной мембраны [104]. Сильные гидрофобные взаимодействия GFN с клеточной мембраной приводят к морфологическому расширению филоподиальной и цитоскелетной дисфункции F-актина. Кроме того, заостренные края ЗНС могут действовать как «лезвия», вставляя и разрезая мембраны бактериальных клеток [173]. Более того, GO также повредил наружную мембрану бактерий E. coli непосредственно, что приводит к высвобождению внутриклеточных компонентов [173]. Тем не менее, ПЭМ-визуализация показала, что предварительное покрытие ГО FBS устраняет разрушение клеточных мембран [166].

Производство АФК, приводящее к окислительному стрессу

Окислительный стресс возникает, когда повышение уровня АФК подавляет активность антиоксидантных ферментов, включая каталазу, СОД или глутатионпероксидазу (GSH-PX) [174]. АФК действуют как вторичные мессенджеры во многих внутриклеточных сигнальных каскадах и приводят к клеточным макромолекулярным повреждениям, таким как разрушение мембранных липидов, фрагментация ДНК, денатурация белков и дисфункция митохондрий, которые сильно влияют на клеточный метаболизм и передачу сигналов [175-177]. Взаимодействия ГО с клетками могут приводить к избыточной генерации АФК, что является первым шагом в механизмах канцерогенеза, старения и мутагенеза [83, 122]. Окислительный стресс сыграл значительную роль в остром повреждении легких, вызванном ГО [30], а воспалительные реакции, вызванные окислительным стрессом, часто возникали при воздействии GFN [133, 177, 178]. Активность СОД и GSH-PX снижалась после воздействия ГО в зависимости от времени и дозы [82, 106, 119].]. Точно так же окислительный стресс был ключевой причиной апоптоза и повреждения ДНК после того, как клетки HLF подверглись воздействию GO [148]. Как митоген-активируемая протеинкиназа (MAPK) (JNK, ERK и p38), так и сигнальные пути, связанные с TGF-бета, запускались генерацией АФК в первично обработанных графеном клетках, что сопровождалось активацией Bim и Bax, которые являются двумя про- -апоптотические члены семейства белков Bcl-2. В результате были активированы каспаза-3 и нижележащие эффекторные белки, такие как PARP, и инициирован апоптоз [83, 179].]. Подробная информация о сигнальных путях, связанных с MAPK, TGF-β и TNF-α, которые вызывают воспаление, апоптоз и некроз, представлена на рис. 4.

Рис. 4

Схематическая диаграмма MAPK, TGF-бета и TNF-α-зависимые пути, участвующие в токсичности GFN. АФК были основными факторами, активирующими сигнальные пути MAPK и TGF-бета, что приводило к активации Bim и Bax, запуская каскад каспаз и путь JNK. Активация каспазы 3 и RIP1 приводила к апоптозу и, наконец, к некрозу

Изображение полного размера

Повреждение митохондрий

Митохондрии являются центрами производства энергии, участвующими в различных сигнальных путях в клетках, а также являются ключевыми точками регуляции апоптоза [83]. После воздействия ГО и карбоксиграфена (GXYG) митохондриальная мембрана деполяризовывалась, и количество митохондрий уменьшалось в клетках HepG2 [180]. Воздействие GFN приводило к значительному увеличению связанного и несвязанного митохондриального потребления кислорода, рассеиванию потенциала митохондриальной мембраны и возможному запуску апоптоза путем активации митохондриального пути [181]. Например, ГО повышала активность митохондриальных электрон-транспортных комплексов I/III и поступление электронов в сайт I/II электрон-транспортной цепи, ускоряя генерацию АФК при митохондриальном дыхании в клетках MHS [9].9]. Образование •OH, опосредованное GO и системой переноса электронов цитохрома-c/H ₂ O ₂, может усиливать окислительный и тепловой стресс, нарушая систему митохондриального дыхания и в конечном итоге приводить к резкой токсичности [151]. Кроме того, кислородные фрагменты на GO могут принимать электроны от клеточных окислительно-восстановительных белков, поддерживая окислительно-восстановительный цикл цитохрома с и белков, переносящих электроны, а цитохромы MtrA, MtrB и MtrC/OmcA могут участвовать в переносе электронов на GO [182]. Следовательно, за исключением повреждения плазматической мембраны и индукции окислительного стресса, GFN могут вызывать апоптоз и/или некроз клеток путем прямого влияния на митохондриальную активность клеток [183, 184].

Повреждение ДНК

Из-за своего небольшого размера, большой площади поверхности и поверхностного заряда ГО может обладать значительными генотоксическими свойствами и вызывать серьезные повреждения ДНК, например фрагментацию хромосом, разрывы цепей ДНК, точечные мутации и окислительные аддукты и изменения ДНК [87, 122, 185, 186]. Мутагенез наблюдался у мышей после внутривенного введения ГО в дозе 20 мг/кг по сравнению с циклофосфамидом (50 мг/кг), классическим мутагеном [112]. Даже если ГО не может проникнуть в ядро клетки, она все же может взаимодействовать с ДНК во время митоза при разрушении ядерной мембраны, что увеличивает возможность аберраций ДНК [87, 147, 187, 188]. Взаимодействие π-стекинга между углеродными кольцами графена и гидрофобными парами оснований ДНК может заставить сегмент ДНК «стоять» или «лежать» на поверхности графена с перпендикулярной или параллельной осью спирали соответственно. Межмолекулярные силы сильно деформируют концевые пары оснований ДНК, что потенциально увеличивает генотоксичность [189].]. ГО также может индуцировать фрагментацию хромосом, аддукты ДНК и точечные мутации, способствуя окислительному стрессу или запуская воспаление посредством активации внутриклеточных сигнальных путей, таких как МАРК, ТФР-β и NF-кВ [110, 112, 146]. Графен и rGO также могут повышать экспрессию p53, Rad51 и MOGG1-1, которые отражают хромосомные повреждения, и снижать экспрессию CDK2 и CDK4, блокируя переход клеточного цикла из фазы G1 в фазу S в различных клеточных линиях [112]. ]. Повреждение ДНК может не только инициировать развитие рака, но и, возможно, угрожать здоровью следующего поколения, если в репродуктивных клетках возникает мутагенный потенциал ГО, что влияет на фертильность и здоровье потомства [112, 19].0].

Воспалительная реакция

GFN могут вызывать значительную воспалительную реакцию, включая инфильтрацию воспалительных клеток, отек легких и образование гранулемы в высоких дозах при внутритрахеальном введении или внутривенном введении [30, 49]. Тромбоциты являются важными компонентами образования сгустка для атаки на патогены и твердые частицы во время воспалительной реакции, и ГО может непосредственно активировать образование богатых тромбоцитами тромбов, закупоривающих сосуды легких после внутривенной инъекции [9].8, 191]. Сильный воспалительный ответ был вызван подкожной инъекцией ГО в течение 21 дня наряду с секрецией ключевых цитокинов, включая ИЛ-6, ИЛ-12, ФНО-α, МСР-1 и ИФН-g [34, 192]. GFN могут вызывать воспалительную реакцию и повреждение тканей, высвобождая цитокины и хемокины, которые приводят к рекрутированию циркулирующих моноцитов и стимулируют секрецию цитокинов и хемокинов Th2/Th3 [124, 193]. Кроме того, чистый графен [193] и rGO [110] вызывают воспалительную реакцию, связываясь с толл-подобными рецепторами (TLR) и активируя сигнальный путь NF-κB в клетках. Сигнальный каскад NF-κB запускается TLR и провоспалительными цитокинами, такими как IL-1 и TNF-α. При активации NF-κB перемещается из цитоплазмы в ядро, способствуя связыванию деградирующего IκB и действуя как транскрипционный фактор для синтеза многочисленных провоспалительных цитокинов [19]. 4]. Схема сигнального пути TLR4 и TLR9, активированных GFN, показана на рис. 5.

Рис. 5

Схематическая диаграмма, иллюстрирующая сигнальный путь TLR4 и TLR9, ответственных за цитотоксичность, вызванную GFN. GFN могут распознаваться TLR, таким образом активируя IKK и IkB с помощью MyD88-зависимого механизма, что приводит к высвобождению субъединиц NF-kB и инициированию транслокации в ядро. Таким образом, провоспалительные факторы транскрибировались и секретировались из ядра, модулируя иммунные ответы, инициируя запрограммированную аутофагию, апоптоз и некроз

Изображение полного размера

Апоптоз

Апоптоз определяется как самоуничтожение клетки, регулируемое генами посредством сложных программ [83, 195]. GO и rGO вызывали апоптоз и воспаление в легких мышей после ингаляции [99], GFN также оказывали проапоптотическое действие на клетки [111, 113, 124, 196]. Кроме того, графен и ГО физически повреждали клеточные мембраны [166], увеличивали проницаемость внешней митохондриальной мембраны и изменяли потенциал митохондриальной мембраны; повышенный уровень АФК запускал сигнальные пути MAPK и TGF-β и активировал каспазу-3 через митохондриально-зависимые апоптотические каскады, вызывая выполнение апоптоза [83, 9]. 9]. Точно так же rGO вызывал апоптоз в низкой дозе и в ранний момент времени, запускаемый рецептором смерти и каноническим митохондриальным путем [110]. Другое исследование показало три различных пути апоптоза с помощью GFN: ГО приводит к АФК-зависимому апоптозу посредством прямого взаимодействия с белковыми рецепторами и последующей активации пути В-клеточной лимфомы-2 (Bcl-2); GO-COOH передает сигнал пассивного апоптоза на ядерную ДНК, связываясь с белковыми рецепторами и активируя ROS-независимый путь; Однако GO-PEI сильно повреждал мембраны Т-лимфоцитов, вызывая апоптоз [105, 19].7].

Аутофагия

Аутофагия — это процесс самодеградации клеточных компонентов, недавно признанный неапоптотической гибелью клеток [198–200]. Для активации аутофагии требуется образование аутофагосом, содержащих Beclin 1, множественные белки, связанные с аутофагией (ATG), белок легкой цепи 3, ассоциированный с микротрубочками (LC3) и p62 [201]. Накопление аутофагосом связано с воздействием различных наночастиц [202–205], а аутофагия может удалять внеклеточные организмы и разрушать организмы в цитозоле [206]. Было показано, что GO и GQD вызывают накопление аутофагосом и превращение LC3-I в LC3-II; ингибируют деградацию белка р62-субстрата аутофагии [207, 208]. Кроме того, GO может одновременно запускать TLR4 и TLR9.ответы в макрофагах [34, 192] и клетках рака толстой кишки CT26 [206]. Путь аутофагии связан с фагоцитозом посредством передачи сигналов TLR в макрофагах [206, 209].

Некроз

Некроз — это альтернативная форма гибели клеток, вызванная воспалительными реакциями или повреждением клеток. Воздействие на клетки чистого графена вызывает апоптоз и некроз в высоких дозах (50 мг/мл) [83]. Сообщается, что утечка ЛДГ и открытие переходной поры митохондриальной проницаемости, вызванное повышенным уровнем цитоплазматического Ca ²⁺, приводят к апоптозу/некрозу [210]. Было обнаружено, что лечение GO вызывает макрофагальный некроз путем активации передачи сигналов TLR4 и последующего частичного запуска аутокринной продукции TNF-α [93]. GO в сочетании с CDDP (GO/CDDP) вызывали некроз за счет снижения RIP1 и увеличения количества белков RIP3, что сопровождалось выходом высокоподвижной группы B1 (HMGB1) в цитозоль из ядра и из клеток CT26 [205, 211, 212].

Эпигенетические изменения

Эпигенетика включает метилирование ДНК, геномный импринтинг, материнские эффекты, молчание генов и редактирование РНК [213–215]. Метилирование ДНК, которое является одной из наиболее изученных эпигенетических модификаций, включает фосфорилирование, убиквитинирование и АТФ-рибозилирование и может приводить к ремоделированию хроматина [19].7, 216, 217]. В недавней статье сообщалось, что воздействие SL-GO/FL-GO привело к глобальному гиперметилированию ДНК посредством активизации генов DNMT3B и MBD1; Обработка GNP вызывала гипометилирование за счет снижения экспрессии генов DNMT3B и MBD1 [216]. GO может активировать путь регуляции miRNA-360 для подавления сигнального каскада повреждения ДНК-апоптоза путем воздействия на компонент CEP-1 [218]. В совокупности эти данные предполагают, что GFN могут вызывать тонкие изменения в программировании экспрессии генов путем модулирования эпигенетических изменений. Однако исследований эпигенетических изменений, вызванных GFN, немного, и эпигенетический механизм, вызванный воздействием GFN, до конца не изучен.

В заключение, во многих исследованиях обсуждались репрезентативные механизмы токсичности GFN, включающие четыре сигнальных пути: TLR, TGF-β, TNF-α и MAPK. Эти четыре сигнальных пути являются коррелятивными и перекрестно-модулирующими, что делает воспалительную реакцию, аутофагию, апоптоз и другие механизмы независимыми и в то же время связанными друг с другом. Кроме того, окислительный стресс, по-видимому, играет наиболее важную роль в активации этих сигнальных путей. Сообщалось, что существуют пересечения апоптоза, аутофагии и некроза в исследованиях токсичности других наноматериалов, они взаимно ингибируют или стимулируют в некоторых условиях. Тем не менее, сигнальные пути токсичности GFN, исследованные в работах на сегодняшний день, являются лишь небольшой частью сложной сети, и сеть сигнальных путей необходимо подробно изучить в будущем.

Пробелы в данных и будущие исследования

В настоящее время литературы недостаточно, чтобы сделать выводы о потенциальной опасности GFN. Начали возникать два противоположных мнения: одни исследователи предполагали биосовместимость графеновых материалов в ряде работ, ориентированных на биомедицинские приложения [119, 154, 162, 219], а другие сообщали о неблагоприятных биологических реакциях и цитотоксичности [32, 118, 135]. , 138, 192]. Эти противоречивые результаты могли быть вызваны несколькими факторами, в том числе различными исследовательскими группами, различными клеточными или животными моделями и различными физико-химическими характеристиками GFN. Когда GFN исследуются для применения in vivo в организме человека или некоторых других биомедицинских приложений, необходимо учитывать биосовместимость, и необходимы более подробные и точные исследования токсичности GFN.

Во-первых, детальная физико-химическая характеристика обязательна во всех будущих исследованиях токсичности GFN. В экспериментах описания характеристик GFN должны включать их размер, морфологию, площадь поверхности, заряд, модификации поверхности, чистоту и агломерацию [88, 141, 148, 162]. Поскольку эти физико-химические факторы в значительной степени влияют на токсичность и биосовместимость GFN, следует рассмотреть однофакторные экспериментальные планы и исключить другие мешающие факторы. Также необходимо предоставить подробности процесса изготовления, поскольку образовавшиеся окислительные остатки могут в значительной степени изменить структуру поверхности графена и ОГ во время функционализации [151]. Важно отметить, что в графеновой технологии необходимо создать единый универсальный метод, который позволит лучше сравнивать данные разных исследований или разных лабораторий.

Во-вторых, разные критерии наблюдения, параметры и выбор экспериментальных методов могут вызывать большие межлабораторные различия [220, 221]. Например, анализ МТТ всегда не может точно предсказать токсичность графена, потому что спонтанное восстановление приводит к ложноположительному сигналу. Поэтому следует использовать соответствующие альтернативные методы оценки, такие как реагент на основе водорастворимой соли тетразолия (WST-8), анализ АФК и тест на исключение трипанового синего [106, 222]. Кроме того, анализ комет часто показывает более высокие уровни повреждения ДНК, чем анализ микроядер, потому что первый измеряет ремонтопригодное повреждение, а второй измеряет повреждение генов, которое остается после деления клеток [159]., 223]. Поэтому требуется осторожность при выборе наиболее подходящего анализа для оценки токсичности графеновых материалов, чтобы избежать ложноположительных результатов.

В-третьих, выбор клеточных линий имеет жизненно важное значение, поскольку линии раковых клеток имеют тенденцию быть чувствительными или резистентными в зависимости от их генетического фона. Одни и те же наночастицы графена могут вызывать разные реакции в зависимости от их клеточного происхождения. Необходимо использовать подходящие клеточные линии с хорошей стабильностью, чтобы избежать ложноположительных или отрицательных результатов. Первичные клетки, полученные от людей или животных, могут лучше имитировать состояние здоровья людей. Большое количество первичных клеток было использовано для проверки токсичности других наноматериалов [224–228], но культивирование первичных клеток в экспериментах с GFN на сегодняшний день крайне редко [210, 229]. ]. Различные клеточные эксперименты в сочетании с первичными клетками должны быть выполнены для всесторонней оценки физико-химических свойств и токсичности GFN.

В-четвертых, путь введения GFN играет очень важную роль в исследованиях токсичности, и разные методы доставки приводят к различным токсикологическим реакциям [32, 53]. Таким образом, путь и период воздействия должны быть тщательно выбраны в соответствии с целью исследования. Назальная доставка лекарств часто используется для изучения нейротоксичности наноматериалов [230, 231], но этот метод введения редко применялся для тестирования токсичности GFN. Токсикологические исследования GFN в нервной системе редки, а механизм неясен и нуждается в дальнейшем изучении в будущем. Недавние токсикокинетические исследования, включающие абсорбцию, распределение, метаболизм, накопление и выведение GFN при различных путях воздействия, дали некоторые результаты, но их далеко недостаточно для выяснения внутренних сложных механизмов. Например, необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять специфические молекулярные механизмы прохождения GFN через физиологические барьеры и количество накопления или период экскреции GFN в тканях. Кроме того, учитывая повышенное воздействие GFN на людей, оценка системной токсичности в организме человека необходима в будущих исследованиях.

В-пятых, еще одним важным вопросом, требующим внимания, является судьба GFN в долгосрочной перспективе после попадания в организм или захвата клетками. Самые последние исследования состояли из оценки краткосрочной токсичности [89, 232], а долгосрочные токсические повреждения не привлекали особого внимания с момента широкого применения GFN в 2008 г. Более того, функционализированная поверхность графена может улучшить ее биосовместимость, но следует учитывать долговременную стабильность поверхностных покрытий [233]. Если поверхностные покрытия со временем разрушатся, их токсичность может значительно отличаться от результатов кратковременного воздействия. Необходимы расширенные исследования, чтобы определить, влияет ли более длительное время лечения на нанотоксический потенциал GFN.

В-шестых, необходимо открыть и выяснить более специфические сигнальные пути в механизме токсичности GFN. В настоящее время проиллюстрировано и широко распространено несколько типичных механизмов токсичности GFN, таких как окислительный стресс, апоптоз и аутофагия. Однако эти механизмы были описаны только в общих чертах, и специфические сигнальные пути внутри этих механизмов нуждаются в подробном изучении. Сигнальные пути, участвующие в токсичности других наноматериалов, также могут иметь отношение к изучению GFN. Следовательно, в будущих исследованиях должно быть обнаружено больше сигнальных путей. Например, наноэпигенетика рассматривалась в многочисленных исследованиях наноматериалов, что также полезно при оценке ограниченной токсичности и побочных эффектов GFN. Недавние исследования показали, что GFN могут вызывать эпигенетические и геномные изменения, которые могут стимулировать физическую токсичность и канцерогенность [234]. GFN имеют большую площадь поверхности, гладкие непрерывные поверхности и биостойкость, аналогичные свойствам онкогенных твердотельных имплантатов. Неизвестно, могут ли GFN вызывать саркомы инородных тел, поэтому следует как можно скорее провести окончательные исследования опухолевого потенциала или рисков графена.

Выводы

В последние несколько лет GFN широко использовались в широком диапазоне технологических и биомедицинских областей. В настоящее время большинство экспериментов сосредоточено на токсичности GFN в легких и печени. Таким образом, исследования травм головного мозга или нейротоксичности заслуживают большего внимания в будущем. Многие эксперименты показали, что GFN обладают токсичными побочными эффектами во многих биологических приложениях, но срочно необходимо углубленное изучение механизмов токсичности. Кроме того, противоречивые результаты относительно токсичности GFN необходимо рассматривать с помощью эффективных экспериментальных методов и систематических исследований. Этот обзор представляет собой обзор токсичности GFN путем обобщения токсикокинетики, механизмов токсичности и влияющих факторов и направлен на предоставление информации для проведения тщательных исследований гемо- и биосовместимости GFN in vitro и in vivo в будущем. Этот обзор поможет решить проблемы безопасности до клинического и терапевтического применения GFN, что будет важно для дальнейшего развития GFN в биологических приложениях.

Сокращения

AM:: Альвеолярные макрофаги
ВВВ:: Гематоэнцефалический барьер
ВЕБ:: Гемоэпидидимические барьеры
БТБ:: Гематотестикулярный барьер
CR:: Рецептор комплемента
FcgR:: Fcg-рецептор
ФЛГ:: Графен с несколькими слоями
GFN:: Наноматериалы семейства графена
ГНС:: Графеновые нанолисты
Телефон:: Оксид графена
GO-COOH:: Карбоксилированный оксид графена
GO-DEX:: GO-декстран
ГО-МБ:: GO-молекулярный маяк
GO-Nh3:: Аминированный GO
ГО-ПАА:: Полиакриловая кислота, функционализированная GO
GO-PAM:: Поли(акриламид)-функционализированный GO
GO-PEG:: Пегилированные производные ГО
GO-PEI:: ГО-полиэтиленимин
GQD:: Графеновые квантовые точки
ГШ-ПХ:: Глутатионпероксидаза
GXVG:: Карбоксильный графен
LDH:: Лактат и дегидрогеназа
МАЛЬДИ:: Матричная лазерная десорбция/ионизация
МАПК:: Митоген-активируемая протеинкиназа
МДА:: Малоновый диальдегид
МО:: Макрофаг
Г-н:: Рецептор маннозы
MSI:: Масс-спектрометрическая визуализация
Ячейки PC12:: Клетки феохромоцитомы крысы
PCGO:: Наночастицы оксида графена, покрытые белком
ПрГО:: ПЭГилированный восстановленный оксид графена
РЕЗ:: Ретикулоэндотелиальная система
РГО:: Восстановленный оксид графена
РОС:: Активные формы кислорода
СОД:: Супероксиддисмутаза
TLR:: Толл-подобный рецептор

Список литературы

«>
Новоселов К.С., Гейм А.К., Морозов С.В., Цзян Д., Чжан Ю., Дубонос С.В., и др. Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках. Наука. 2004;306(5696): 666–9.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Санчес В.К., Ячак А., Хёрт Р.Х., Кейн А.Б. Биологические взаимодействия наноматериалов семейства графена: междисциплинарный обзор. Хим. Рез. Токсикол. 2012;25(1):15–34.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Yang XY, Wang YS, Huang X, Ma YF, Huang Y, Yang RC и др. Многофункциональный противораковый носитель на основе оксида графена с функцией двойного нацеливания и рН-чувствительностью. Дж. Мат. Хим. 2011;21(10):3448–54.
КАС
Статья
Google ученый
Park S, An J, Jung I, Piner RD, An SJ, Li X и др. Коллоидные суспензии сильно восстановленного оксида графена в различных органических растворителях. Нано Летт. 2009;9(4):1593–1597.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Гейм А.К. Графен: состояние и перспективы. Наука. 2009;324(5934):1530–4.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Guo X, Mei N. Оценка токсического потенциала наноматериалов семейства графена. J Анал с едой и наркотиками. 2014;22(1):105–15.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Seabra AB, Paula AJ, de Lima R, Alves OL, Duran N. Нанотоксичность графена и оксида графена. Хим. Рез. Токсикол. 2014;27(2):159–68.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Шэнь Х., Чжан Л., Лю М., Чжан З. Биомедицинские применения графена. Тераностика. 2012;2(3):283–94.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
«>
Han U, Seo Y, Hong J. Влияние pH на структуру и профили высвобождения лекарств из послойно собранных пленок, содержащих полиэлектролит, мицеллы и оксид графена. Научный доклад 2016; 6 (2045–2322 (электронный)): 24158.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Wang H, Liang Y, Mirfakhrai T, Chen Z, Casalongue HS, Dai H. Усовершенствованные асимметричные суперконденсаторы на основе гибридных графеновых материалов. Нано рез. 2011;4(8):729–36.
КАС
Статья
Google ученый
Лох К.П., Бао К., Эда Г., Чховалла М. Оксид графена как химически перестраиваемая платформа для оптических приложений. Нац. хим. 2010;2(12):1015–24.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ван Д., Чжу Л., Чен Дж. Ф., Дай Л. Гибрид Mn3O4-графен в качестве анодного материала большой емкости для литий-ионных аккумуляторов. J Am Chem Soc. 2015; 132 (1520–5126 (электронный)): 13978–80.
Google ученый
Гурунатан С., Хан Дж. В., Даем А. А., Эппакаяла В., Ким Дж. Х. Опосредованная окислительным стрессом антибактериальная активность оксида графена и восстановленного оксида графена в Pseudomonas aeruginosa. Int J Nanomed. 2012; 7 (1178–2013 (электронный)): e14.
Google ученый
Zhan S, Zhu D, Ma S, Yu W, Jia Y, Li Y, et al. Высокоэффективное удаление болезнетворных бактерий с помощью магнитного графенового композита. ACS Appl Mater Interf. 2015; 7 (1944–8252 (электронный)): 4290–8.
КАС
Статья
Google ученый
Ян Х.В., Хуа М.И., Чен С.Л., Цай Р.Ю. Многоразовый датчик на основе карбоксил-модифицированного оксида графена с высокой намагниченностью и собственной каталитической активностью пероксида водорода для обнаружения пероксида водорода и глюкозы. Биосенс Биоэлектрон. 2013; 41: 172–9..
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Wang Y, Yuan R, Chai Y, Yuan Y, Bai L. Ферментативное усиление серебра in situ на основе функционализированного оксида графена и послойно собранных наночастиц золота для сверхчувствительного обнаружения тромбина. Биосенс Биоэлектрон. 2012;38(1):50–4.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Хуан Дж., Чжан Л., Лян Р.П., Цю Д.Д. Электрохимический аффинный нанобиосенсор на основе оксида графена с переключением «вкл-выкл» для сверхчувствительного определения глюкозы. Биосенс Биоэлектрон. 2013;41:430–5.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Gao L, Lian C, Zhou Y, Yan L, Li Q, Zhang C, et al. Датчики на основе оксида графена-ДНК. Биосенс Биоэлектрон. 2014; 60 (1873–4235 (электронный)): 22–9.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чен М.Л., Лю Д.В., Ху Б., Чен М.Л., Ван Д.Х. Конъюгация квантовых точек с графеном для флуоресцентной визуализации живых клеток. Аналитик. 2011;136(20):4277–83.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Wang Y, Wang H, Liu D, Song S, Wang X, Zhang H. Наночастицы с повышающей конверсией, ковалентно привитые оксидом графена, для комбинированной NIR-опосредованной визуализации и фототермической/фотодинамической терапии рака. Биоматериалы. 2013; 34 (1878–5905 (электронный)): 7715–24.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Pan Y, Sahoo NG, Li L. Применение оксида графена для доставки лекарств. Экспертное заключение Препарат Делив. 2012;9(11): 1365–1376.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Huiyun W, Chunyan D, Haiqing D, Aijun S, Wenjuan X, Xiaojun C, et al. Разработан чувствительный к окислительно-восстановительному потенциалу механизм отсоединения ПЭГ в пегилированном нанооксиде графена для внутриклеточной доставки лекарств. Маленький. 2012;8(5):760–9.
Артикул
КАС
Google ученый
Yang X, Qiu L, Cheng C, Wu Y, Ma ZF, Li D. Заказное гелеобразование химически преобразованного графена для электропроводящих гидрогелевых пленок следующего поколения. Angewandte Chem Int Ed Engl. 2011;50(32):7325–8.
КАС
Статья
Google ученый
Шинвальд А., Мерфи Ф.А., Джонс А., Макни В., Дональдсон К. Нанотромбоциты на основе графена: новый риск для дыхательной системы вследствие их необычных аэродинамических свойств. АКС Нано. 2012;6(1):736–46.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ченюнг С., Рион С.С., Сигуан Г., Насим А., Докмеди М.Р., Сяову Ширли Т. и др. Управление механическими свойствами гидрогелей с ячейками путем ковалентного включения оксида графена. Маленький. 2014;10(3):514–23.
Артикул
КАС
Google ученый
Арвидссон Р., Моландер С., Санден Б.А. Обзор потенциальных рисков для окружающей среды и здоровья, связанных с наноматериалом графен. Оценка рисков Hum Ecol. 2013;19(4):873–87.
КАС
Google ученый
Lee JH, Han JH, Kim JH, Kim B, Bello D, Kim JK и др. Мониторинг воздействия на рабочие места по производству графеновых нанопластинок. Вдыхать токсикол. 2016;28(6):281–91.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Мейнард Р.Л. Нанотехнологии и нанотоксикология. Новые угрозы здоровью J. 2012;5.
Су В.К., Ку Б.К., Кулкарни П., Ченг Ю.С. Отложение аэрозолей графеновых наноматериалов в верхних дыхательных путях человека. J Occup Environ Hyg. 2015;13(1):1–34.
КАС
Google ученый
Li B, Yang J, Huang Q, Zhang Y, Peng C, Zhang Y и др. Биораспределение и легочная токсичность интратрахеально введенного оксида графена у мышей. NPG Азия Матер. 2013;5:E44.
КАС
Статья
Google ученый
Yang K, Gong H, Shi X, Wan J, Zhang Y, Liu Z. Биораспределение in vivo и токсикология функционализированного нанооксида графена у мышей после перорального и внутрибрюшинного введения. Биоматериалы. 2013;34(11):2787–95.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Вэнь К.П., Чен Ю.К., Чуанг Ч., Чанг Х.И., Ли К.И., Тай Н.Х. Накопление и токсичность внутривенно введенного функционализированного оксида графена у мышей. J Appl Toxicol. 2015;35(10):1211–8.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Курантович Н., Стройны Б., Савош Э., Яворски С., Кутвин М., Гродзик М. и др. Биораспределение высокой дозы наночастиц алмаза, графита и оксида графена после многократного внутрибрюшинного введения крысам. Nanoscale Res Lett. 2015;10(1):398.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Yue H, Wei W, Yue Z, Wang B, Luo N, Gao Y и др. Роль латерального размера оксида графена в регуляции клеточных ответов. Биоматериалы. 2012;33(16):4013–21.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Незакати Т. , Казинс Б.Г., Сейфалян А.М. Токсикология химически модифицированных материалов на основе графена для медицинского применения. Арх Токсикол. 2014;88(11):1987–2012.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Chng ELK, Pumera M. Токсичность материалов, связанных с графеном, и дихалькогенидов переходных металлов. РСК Авансы. 2015;5(4):3074–80.
КАС
Статья
Google ученый
Zheng XT, Ananthanarayanan A, Luo KQ, Chen P. Светящиеся графеновые квантовые точки и углеродные точки: свойства, синтез и биологические приложения. Маленький. 2015; 11 (1613–6829 (электронный)): 1620–36.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Каффо М., Мерло Л., Марино Д., Карузо Г. Графен в нейрохирургии: начало новой эры. Наномед. 2015;10:615–25.
КАС
Статья
Google ученый
Ву С.Ю., Ан С.С., Халм Дж. Текущие применения оксида графена в наномедицине. Int J Nanomed. 2015; 10 (спец. выпуск): 9–24.
КАС
Google ученый
Tonelli FMP, Goulart VAM, Gomes KN, Ladeira MS, Santos AK, Lorencon E, et al. Наноматериалы на основе графена: биологические и медицинские приложения и токсичность. Наномедицина. 2015;10(15):2423–50.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чжоу Р., Гао Х. Цитотоксичность графена: последние достижения и перспективы на будущее. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2014;6(5):452–74.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Эма М., Хогаард К.С., Кисимото А., Хонда К. Токсичность углеродных наноматериалов для репродуктивной системы и развития: обзор литературы. Нанотоксикология. 2015;10:391–412.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Ястшебская А.М., Ольшина АР. Экотоксичность материалов семейства графена: текущее состояние, пробелы в знаниях и будущие потребности. Дж Нанопарт Рез. 2015;17(1):1–21.
КАС
Статья
Google ученый
Сюй С., Чжан З., Чу М. Долгосрочная токсичность восстановленных нанолистов оксида графена: влияние на репродуктивную способность самок мышей и развитие потомства. Биоматериалы. 2015; 54: 188–200.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Дженнифер М., Мацей В. Технология наночастиц как палка о двух концах: цитотоксическое, генотоксическое и эпигенетическое воздействие на живые клетки. J Биоматер Нанобиотехнология. 2013; 4:53–63.
КАС
Статья
Google ученый
Wu W, Yan L, Wu Q, Li Y, Li Q, Chen S, et al. Оценка токсичности воздействия оксида графена на глаза. Нанотоксикология. 2016;10(9): 1329–40.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Lee K, Jeong Y, Bae J, Seok H, Yang Y, Roh S и др. Роль функционализации поверхности в легочной воспалительной реакции и транслокации в медиастинальные лимфатические узлы графеновых нанотромбоцитов у крыс. Arch Toxicol.2016:1–10.
Шинвальд А., Мерфи Ф., Асконис А., Куцос В., Сефиан К., Дональдсон К. и др. Минимальное окисление и воспламенение исходного графена с пребыванием в легких. Нанотоксикология. 2013;8(8):824–32.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
«>
Zhang X, Yin J, Peng C, Hu W, Zhu Z, Li W и др. Исследования распределения и биосовместимости оксида графена у мышей после внутривенного введения. Углерод. 2011;49(3):986–95.
КАС
Статья
Google ученый
Сингх С.К., Сингх М.К., Наяк М.К., Кумари С., Шривастава С., Грацио Дж.Дж. и др. Свойство атомарно тонких листов оксида графена вызывать образование тромбов. АКС Нано. 2011;5(6):4987–96.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Гурунатан С., Хан Дж. В., Эппакаяла В., Ким Дж. Х. Биосовместимость микробиологически восстановленного оксида графена в первичных эмбриональных фибробластных клетках мыши. Коллоиды Surf B Биоинтерф. 2013; 105:58–66.
КАС
Статья
Google ученый
Yang K, Wan J, Zhang S, Zhang Y, Lee ST, Liu Z. Фармакокинетика in vivo, долгосрочное биораспределение и токсикология пегилированного графена у мышей. АКС Нано. 2011;5(1):516–22.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Fu C, Liu T, Li L, Liu H, Liang Q, Meng X. Влияние оксида графена на развитие потомства мышей в период лактации. Биоматериалы. 2015;40:23–31.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Hu Q, Jiao B, Shi X, Valle RP, Zuo YY, Hu G. Влияние нанолистов оксида графена на ультраструктуру и биофизические свойства пленки легочного сурфактанта. Наномасштаб. 2015;7(43):18025–9.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Gosens I, Post JA, de la Fonteyne LJ, Jansen EH, Geus JW, Cassee FR, et al. Влияние состояния агломерации нано- и субмикронных частиц золота на воспаление легких. Часть клетчатки Toxicol. 2010; 7 (1743–8977 (электронный)): 1.
Google ученый
«>
Гейзер М., Крейлинг В.Г. Отложение и биокинетика вдыхаемых наночастиц. Часть клетчатки Toxicol. 2010;7:2.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Ruge CA, Schaefer UF, Herrmann J, Kirch J, Canadas O, Echaide M, et al. Взаимодействие белков легочного сурфактанта и липидов ассимилирует макрофагальный клиренс наночастиц. ПЛОС Один. 2012;7(7):e40775.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Морфельд П., Треуманн С., Ма-Хок Л., Брух Дж., Ландсидель Р. Характер отложения вдыхаемого наноструктурированного TiO2 у крыс: фракции частиц диаметром менее 100 нм (наномасштаб) и систематическая ошибка просвечивающей электронной микроскопии. Вдыхать токсикол. 2012;24(1091–7691 (электронный)): 939–51.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Wiemann M, Vennemann A, Sauer UG, Wiench K, Ma-Hock L, Landsiedel R. Анализ альвеолярных макрофагов in vitro для прогнозирования краткосрочной ингаляционной токсичности наноматериалов. J Нанобиотехнологии. 2016;14(1477–3155 (электронный)):1.
Google ученый
Kreyling WG, Semmler-Behnke M, Takenaka S, Möller W. Различия в биокинетике вдыхаемых нано- и микрометровых частиц. Счета химических рез. 2012; 46 (1520–489 гг.)8 (электронный)): 714–22.
Google ученый
Лян М., Ху М., Пан Б., Се И., Петерсен Э.Дж. Биораспределение и токсичность радиоактивно меченого графена с несколькими слоями у мышей после интратрахеальной инстилляции. Часть клетчатки Toxicol. 2016;13(1):1–12.
Google ученый
Abbott NJ, Patabendige AA, Dolman DE, Yusof SR, Begley DJ. Структура и функция гематоэнцефалического барьера. Нейробиол Дис. 2010;37(1):13–25.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Mendonca MC, Soares ES, de Jesus MB, Ceragioli HJ, Ferreira MS, Catharino RR, et al. Восстановленный оксид графена вызывает временное открытие гематоэнцефалического барьера: исследование in vivo. J Нанобиотехнологии. 2015;13:78.
Артикул
Google ученый
Liu Y, Xu LP, Dai W, Dong H, Wen Y, Zhang X. Графеновые квантовые точки для ингибирования агрегации бета-амилоида. Наномасштаб. 2015;7(45):19060–5.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Митал П., Хинтон Б.Т., Дюфур Дж.М. Гемотестикулярный и гематоэпидидимический барьеры представляют собой нечто большее, чем просто их плотные соединения. Биол Репрод. 2011;84(5):851–8.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Лян С., Сюй С., Чжан Д., Хе Дж., Чу М. Репродуктивная токсичность наноразмерного оксида графена у самцов мышей. Нанотоксикология. 2015;9(1): 92–105.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Buerkithurnherr T, Von MU, Wick P. Стук в дверь будущего ребенка: инженерные наночастицы на плацентарном барьере человека. Swiss Med Wkly. 2012;142:w13559.
Google ученый
Yang H, Sun C, Fan Z, Tian X, Yan L, Du L и др. Влияние гестационного возраста и модификации поверхности на перенос наночастиц от матери к плоду при мышиной беременности. Научный доклад 2012;2(46):847.
ПабМед
ПабМед Центральный
Google ученый
«>
Huang X, Zhang F, Sun X, Choi KY, Niu G, Zhang G и др. Генотип-зависимое влияние функционализированных многослойных углеродных нанотрубок на развитие плода. Биоматериалы. 2014;35(2):856–65.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Ци В., Би Дж., Чжан С., Ван Дж., Ван Дж., Лю П. и др. Повреждающее действие многослойных углеродных нанотрубок на беременных мышей с разным сроком беременности. Научный доклад 2014; 4 (3): doi: 10.1038 / srep04352.
Du J, Wang S, You H, Jiang R, Zhuang C, Zhang X. Токсичность развития и повреждение ДНК рыбок данио, вызванное перфтороктановым сульфонатом в присутствии наночастиц ZnO. Окружающая среда Токсикол. 2014; 31 (1522–7278 (электронный)): 360–71.
ПабМед
Google ученый
Чжоу З., Сон Дж., Харпер Б., Чжоу З., Харпер С. Влияние химических свойств поверхности на токсичность модифицированных наночастиц оксида цинка для эмбрионов рыбок данио. Бейльштейн Дж. Нанотехнологии. 2015;6(2190–4286 (электронный)): 1568–79.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Роллерова Е., Тулинская Ю., Лискова А., Курикова М., Ковризнич Ю., Млынарчикова А. и др. Наночастицы диоксида титана: некоторые аспекты токсичности/фокус разработки. Эндокр Рег. 2014; 49 (1210–0668 (печать)): 97–112.
Google ученый
Warheit DB, Boatman R, Brown SC. Исследования токсичности при развитии с использованием 6 форм тестовых материалов диоксида титана (3 различных пигмента и 3 наномасштаба) демонстрируют отсутствие эффектов у крыс, подвергшихся пероральному воздействию. Reg Toxicol Pharmacol. 2015;73(1096–0295 (электронный)): 887–96.
КАС
Статья
Google ученый
«>
Эма М., Гамо М., Хонда К. Токсичность искусственных наноматериалов для развития у грызунов. Toxicol Appl Pharmacol. 2015; 299 (1096–0333 (электронный)): 47–52.
ПабМед
Google ученый
Li Z, Geng Y, Zhang X, Qi W, Fan Q, Li Y и др. Биораспределение при совместном воздействии многостенных углеродных нанотрубок и нанопластинок оксида графена, радиоактивных индикаторов. Дж Нанопарт Рез. 2011;13(7):2939–47.
Артикул
КАС
Google ученый
Wang Y, Li Z, Hu D, Lin CT, Li J, Lin Y. Нанокомплекс аптамер/оксид графена для молекулярного исследования in situ в живых клетках. J Am Chem Soc. 2010;132(27):9274–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Liu JH, Yang ST, Wang H, Chang Y, Cao A, Liu Y. Влияние размера и дозы на биораспределение оксида графена у мышей. Наномедицина. 2012;7(12):1801–12.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чжан С., Ян К., Фэн Л., Лю З. Поведение графена, функционализированного декстраном, in vitro и in vivo. Углерод. 2011;49(12):4040–9.
КАС
Статья
Google ученый
Hirn S, Semmler-Behnke M, Schleh C, Wenk A, Lipka J, Schaffler M, et al. Биораспределение наночастиц золота в зависимости от размера и заряда поверхности после внутривенного введения. Евр Джей Фарм Биофарм. 2011;77(3):407–16.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Li B, Zhang XY, Yang JZ, Zhang YJ, Li WX, Fan CH и др. Влияние покрытия из полиэтиленгликоля на биораспределение и токсичность наноразмерного оксида графена у мышей после внутривенной инъекции. Int J Наномедицина. 2014;9:4697–707.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Zhang Y, Ali SF, Dervishi E, Xu Y, Li Z, Casciano D, et al. Эффекты цитотоксичности графена и одностенных углеродных нанотрубок в клетках PC12, полученных из нервной феохромоцитомы. АКС Нано. 2010;4(6):3181–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Li Y, Liu Y, Fu Y, Wei T, Le Guyader L, Gao G и др. Запуск апоптоза в макрофагах нетронутым графеном через сигнальные пути MAPK и TGF-бета. Биоматериалы. 2012;33(2):402–11.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Сидлик С.А., Джхунджунвала С., Уэббер М.Дж., Андерсон Д.Г., Лангер Р. Совместимость оксида графена с различными степенями окисления in vivo. АКС Нано. 2015;9(4):3866–74.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
«>
Митич Дж., Внук М. Технология наночастиц как палка о двух концах: цитотоксическое, генотоксическое и эпигенетическое воздействие на живые клетки. J Биоматер Нанобиотехнология. 2013; 4:53–63.
Артикул
КАС
Google ученый
Peng C, Hu W, Zhou Y, Fan C, Huang Q. Внутриклеточная визуализация с помощью флуоресцентного зонда на основе графена. Маленький. 2010;6(15):1686–92.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ван Д., Чжу Л., Чен Дж. Ф., Дай Л. Могут ли графеновые квантовые точки вызывать повреждение ДНК в клетках? Наномасштаб. 2015;7(21):9894–901.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Mu Q, Su G, Li L, Gilbertson BO, Yu LH, Zhang Q, et al. Зависимое от размера поглощение клетками покрытых белком нанолистов оксида графена. ACS Appl Mater Interf. 2012;4(4):2259–66.
КАС
Статья
Google ученый
Xu M, Zhu J, Wang F, Xiong Y, Wu Y, Wang Q, et al. Улучшенная биосовместимость оксида графена in vitro и in vivo за счет модификации поверхности: функционализация поли(акриловой кислотой) превосходит пегилирование. АКС Нано. 2016;10:3267–81.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Костарелос К., Новоселов К.С. Материаловедение. Изучение интерфейса графена и биологии. Наука. 2014;344(6181):261–3.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Сасидхаран А., Панчакарла Л.С., Чандран П., Менон Д., Наир С., Рао К.Н. и др. Дифференциальные нано-био взаимодействия и эффекты токсичности исходного и функционализированного графена. Наномасштаб. 2011;3(6):2461–4.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Li Y, Yuan H, von dem Bussche A, Creighton M, Hurt RH, Kane AB, et al. Микролисты графена проникают в клетки путем самопроизвольного проникновения через мембрану на краевых неровностях и в углах. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013; 110 (1091–6490 (электронный)): 12295–300.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Цюй Г., Лю С., Чжан С., Ван Л., Ван С., Сунь Б. и др. Оксид графена индуцирует зависимый от толл-подобного рецептора 4 (TLR4) некроз в макрофагах. АКС Нано. 2013;7(7):5732–45.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ma J, Liu R, Wang X, Liu Q, Chen Y, Valle RP, et al. Решающая роль бокового размера оксида графена в активации макрофагов и стимуляции провоспалительных реакций в клетках и животных. АКС Нано. 2015;9(10): 10498–515.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Мао Л., Ху М., Пан Б., Се И., Петерсен Э.Дж. Биораспределение и токсичность радиоактивно меченого графена с несколькими слоями у мышей после интратрахеальной инстилляции. Часть клетчатки Toxicol. 2016; 13 (1743–8977 (электронный)): 1.
Google ученый
Park EJ, Lee SJ, Lee K, Choi YC, Lee BS, Lee GH и др. Легочная персистенция графеновых нанотромбоцитов может нарушать физиологический и иммунологический гомеостаз. J Appl Toxicol. 2016.
Ким Дж. К., Шин Дж. Х., Ли Дж. С., Хван Дж. Х., Ли Дж. Х., Пэк Дж. Э. и др. 28-дневная ингаляционная токсичность графеновых нанопластинок у крыс Sprague-Dawley. Нанотоксикология. 2016;10(7):891–901.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Сингх С.К., Сингх М.К., Кулкарни П.П., Сонкар В.К., Грацио Дж.Дж., Даш Д. Графен, модифицированный амином: более безопасная тромбозащитная альтернатива оксиду графена для биомедицинских применений. АКС Нано. 2012;6(3):2731–40.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Duch MC, Budinger GR, Liang YT, Soberanes S, Urich D, Chiarella SE, et al. Минимизация окисления и стабильная нанодисперсия улучшают биосовместимость графена в легких. Нано Летт. 2011;11(12):5201–7.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Wang X, Duch MC, Mansukhani N, Ji Z, Liao YP, Wang M, et al. Использование прогностического токсикологического подхода, основанного на профиброгенном механизме, для многоуровневого тестирования и анализа решений в отношении углеродсодержащих наноматериалов. АКС Нано. 2015;9(1936-086X (электронный)): 3032–43.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Савош Э., Яворски С., Кутвин М. , Хотовы А., Вежбицки М., Гродзик М. и др. Токсичность исходного графена в экспериментах на модели куриного эмбриона. Int J Nanomed. 2014;9:3913–22.
КАС
Google ученый
Liu XT, Mu XY, Wu XL, Meng LX, Guan WB, Ma YQ и др. Токсичность многослойных углеродных нанотрубок, оксида графена и восстановленного оксида графена для эмбрионов рыбок данио. Биомед Окружающая среда Sci. 2014;27(9): 676–83.
ПабМед
Google ученый
Chen Y, Hu X, Sun J, Zhou Q. Специфическая нанотоксичность оксида графена во время эмбриогенеза рыбок данио. Нанотоксикология. 2016;10(1):42–52.
КАС
пабмед
Google ученый
Сасидхаран А., Панчакарла Л.С., Саданандан А.Р., Ашокан А., Чандран П., Гириш С.М. и др. Гемосовместимость и реакция макрофагов исходного и функционализированного графена. мал. 2012;8(8):1251–63.
КАС
Статья
Google ученый
Дин З., Чжан З., Ма Х., Чен Ю. Гемосовместимость in vitro и токсический механизм оксида графена на Т-лимфоциты периферической крови человека и сывороточный альбумин. ACS Appl Mater Interf. 2014;6(22):19797–807.
КАС
Статья
Google ученый
Ляо К.Х., Лин Ю.С., Макоско К.В., Хейнс К.Л. Цитотоксичность оксида графена и графена в эритроцитах и фибробластах кожи человека. Интерфейсы приложений ACS. 2011;3(7):2607–15.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Коухи СММ, Лахути М., Ганджиали А., Энтезари М.Х. Длительное воздействие наночастиц ZnO на семена рапса (Brassica napus L.): анатомические и ультраструктурные реакции. Environ Sci Pollut Res. 2015; 22 (1614–7499 (электронный)): 10733–43.
Артикул
КАС
Google ученый
Vales G, Rubio L, Marcos R. Длительное воздействие низких доз наночастиц диоксида титана вызывает трансформацию клеток, но не генотоксическое повреждение в клетках BEAS-2B. Нанотоксикология. 2015;9(1743–5404 (электронный)): 568–78.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Sancey L, Kotb S, Truillet C, Appaix F, Marais A, Thomas E, et al. Долгосрочный клиренс наночастиц AGuIX на основе гадолиния in vivo и их биосовместимость после системной инъекции. АКС Нано. 2015; 9 (1936-086X (электронный)): 2477–88.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чаттерджи Н., Эом Х.Дж., Чой Дж. Системный токсикологический подход к контролю функциональности поверхности взаимодействия графен-клетка. Биоматериалы. 2014; 35:1109–27.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Яворски С., Савош Э., Гродзик М., Винницка А., Прасек М., Вежбицкий М. и др. In vitro оценка воздействия графеновых тромбоцитов на клетки мультиформной глиобластомы. Int J Nanomed. 2013; 8: 413–20.
Google ученый
Liu Y, Luo Y, Wu J, Wang Y, Yang X, Yang R и др. Оксид графена может вызывать мутагенез in vitro и in vivo. Научный доклад 2013; 3: 3469.
ПабМед
Google ученый
Валлабани Н.В., Миттал С., Шукла Р.К., Пандей А.К., Дакате С.Р., Пасрича Р. и др. Токсичность графена в нормальных клетках легких человека (BEAS-2B). Дж. Биомед Нанотехнолог. 2011;7(1):106–7.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Пэн Дж., Гао В., Гупта Б.К., Лю З., Ромеро-Абурто Р., Гэ Л. и др. Графеновые квантовые точки, полученные из углеродных волокон. Нано Летт. 2012; 12 (1530–6992 (электронный)): 844–9.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Шан В., Чжан С., Чжан М., Фань З., Сунь И., Хань М. и др. Механизм поглощения и биосовместимость графеновых квантовых точек с нервными стволовыми клетками человека. Наномасштаб. 2014; 6 (2040–3372 (электронный)): 5799–806.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhang L, Xia J, Zhao Q, Liu L, Zhang Z. Функциональный оксид графена в качестве наноносителя для контролируемой загрузки и адресной доставки смешанных противоопухолевых препаратов. Маленький. 2010;6(4):537–44.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Руис О.Н., Фернандо К.А., Ван Б., Браун Н.А., Луо П.Г., Макнамара Н.Д. и др. Оксид графена: неспецифический усилитель клеточного роста. АКС Нано. 2011;5(10):8100–7.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ахаван О., Гадери Э., Ахаван А. Зависимая от размера генотоксичность графеновых нанопластинок в стволовых клетках человека. Биоматериалы. 2012;33(32):8017–25.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чанг И, Ян С.Т., Лю Дж.Х., Донг Э., Ван И, Цао А. и др. Оценка токсичности оксида графена in vitro на A549клетки. Токсикол Летт. 2011;200(3):201–10.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhang X, Hu W, Li J, Tao L, Wei Y. Сравнительное исследование клеточного поглощения и цитотоксичности многостенных углеродных нанотрубок, оксида графена и наноалмаза. Токсикол Рез. 2012;1(1):62–8.
КАС
Статья
Google ученый
Lu CH, Zhu CL, Li J, Liu JJ, Chen X, Yang HH. Использование графена для защиты ДНК от расщепления во время клеточной доставки. хим. коммун. 2010; 46 (1364-548X (электронный)): 3116–8.
КАС
Статья
Google ученый
Де Марзи Л., Оттавиано Л., Перроцци Ф., Нардоне М., Сантуччи С., Де Лапуэнте Дж. и др. Цито- и генотоксическая оценка оксида графена в зависимости от размера чешуек на клеточных линиях A549, CaCo2 и vero in vitro. Агенты J Biol Regul Homeost. 2014;28(2):281–9.
ПабМед
Google ученый
Lv M, Zhang Y, Liang L, Wei M, Hu W, Li X и др. Влияние оксида графена на недифференцированные и дифференцированные по ретиноевой кислоте клетки линии SH-SY5Y. Наномасштаб. 2012;4(13):3861–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Решма СК, Шьяма С, Моханан П.В. Нано-биовзаимодействия пегилированного и восстановленного оксида графена с клетками альвеолярного эпителия легких: сравнительное исследование in vitro. Коллоиды Surf B Биоинтерф. 2016; 140 (1873–4367 (электронный)): 104–16.
КАС
Статья
Google ученый
Rana VK, Choi MC, Kong JY, Kim GY, Mi JK, Kim SH и др. Синтез и поведение гибридных нанолистов оксида графена, функционализированных хитозаном, при доставке лекарств. Macromol Mater Eng. 2011;296(2):131–40.
КАС
Статья
Google ученый
Yang K, Li Y, Tan X, Peng R, Liu Z. Поведение и токсичность графена и его функционализированных производных в биологических системах. Маленький. 2013;9(9–10):1492–503.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Yoon OJ, Kim I, Sohn IY, Kieu TT, Lee NE. Токсичность графеновых нанохлопьев оценивали с помощью биозондирования электрохимического импеданса на основе клеток. J Biomed Mater Res A. 2014;102(7):2288–94.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Ястржебска А.М., Куртич П., Ольшина А.Р. Последние достижения в исследованиях токсичности материалов семейства графенов. Дж Нанопарт Рез. 2012;14(12):1320.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Misra SK, Kondaiah P, Bhattacharya S, Rao CN. Графен как наноноситель тамоксифена индуцирует апоптоз в трансформированных линиях раковых клеток различного происхождения. Маленький. 2012;8(1):131–43.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Сингх З. Применение и токсичность наноматериалов семейства графена и их композитов. Нанотехнологии Sci Appl. 2016; 9 (1177–8903 (электронный)): 15.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Combarros RG, Collado S, Diaz M. Токсичность оксида графена на рост и метаболизм Pseudomonas putida. Джей Хазард Матер. 2016; 310 (1873–3336 (электронный)): 246–52.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Lee JK, Jeong AY, Bae J, Seok JH, Yang JY, Roh HS и др. Роль функционализации поверхности в легочной воспалительной реакции и транслокации в медиастинальные лимфатические узлы графеновых нанотромбоцитов у крыс. Арх Токсикол. 2016 (1432–0738 (Электронный)): 1–10. DOI: .1007/s00204-016-1706-y
Patlolla AK, Randolph J, Kumari SA, Tchounwou PB. Оценка токсичности оксида графена в почках крыс Sprague-Dawley. Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2016; 13 (1660–4601 (электронный)): 380.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Wang ZG, Zhou R, Jiang D, Song JE, Xu Q, Si J и др. Токсичность квантовых точек графена у эмбрионов рыбок данио. Биомед Окружающая среда Sci. 2015; 28 (0895–3988 (печать)): 341–51.
КАС
пабмед
Google ученый
Ван К., Цзин Р., Сонг Х., Чжан Дж., Ян В., Го С. и др. Биосовместимость оксида графена. Nanoscale Res Lett. 2010;6(1):1–8.
Google ученый
Hu W, Peng C, Luo W, Lv M, Li X, Li D и др. Антибактериальная бумага на основе графена. АКС Нано. 2010;4(7):4317–23.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Драйер Д.Р., Парк С., Белавски К.В., Руофф Р.С. Химия оксида графена. Chem Soc Rev. 2010;39(1):228–40.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Маллик Чоудхури С., Лалвани Г., Чжан К., Ян Дж. Ю., Невилл К., Ситараман Б. Специфическая цитотоксичность клеток и поглощение графеновых нанолент. Биоматериалы. 2013;34(1):283–93.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhang H, Peng C, Yang J, Lv M, Liu R, He D и др. Однородные сверхмалые нанолисты оксида графена с низкой цитотоксичностью и высоким клеточным поглощением. ACS Appl Mater Interf. 2013;5(5):1761–7.
КАС
Статья
Google ученый
Hasan SA, Rigueur JL, Harl RR, Krejci AJ, Isabel GJ, Rogers BR, et al. Переносимые пленки оксида графена с настраиваемой микроструктурой. АКС Нано. 2010;4(12):7367–72.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Hsieh CT, Chen WY. Водо-/маслоотталкивающие свойства и работа по адгезии капель жидкости на поверхности оксида графена и графена. Технология покрытия для серфинга. 2011;205(19): 4554–61.
КАС
Статья
Google ученый
Yang ST, Chang Y, Wang H, Liu G, Sheng C, Wang Y и др. Сворачивание/агрегация оксида графена и его применение для удаления Cu 2+ . J Colloid Interf Sci. 2010;351(1):122–7.
КАС
Статья
Google ученый
Багри А., Маттеви С., Ачик М., Чабал Ю.Дж., Чховалла М., Шеной В.Б. Структурная эволюция при восстановлении химически полученного оксида графена. Нац. хим. 2010;2(7):581–7.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Hinzmann M, Jaworski S, Kutwin M, Jagiello J, Kozinski R, Wierzbicki M, et al. Наночастицы, содержащие аллотропы углерода, оказывают генотоксическое действие на клетки мультиформной глиобластомы. Int J Nanomed. 2014;9:2409–17.
Google ученый
Jin C, Wang F, Tang Y, Zhang X, Wang J, Yang Y. Распределение оксида графена и композита TiO2-оксид графена в A549клетки. Биол Трейс Элем Рез. 2014; 159(1–3):393–8.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ярош А., Шкода М., Дудек И., Шукевич Д. Окислительный стресс и активация митохондрий как основные механизмы, лежащие в основе токсичности графена против раковых клеток человека. Оксид Мед Селл Лонгев. 2016;2016:5851035.
ПабМед
Статья
Google ученый
Ren H, Wang C, Zhang J, Zhou X, Xu D, Zheng J и др. Система расщепления ДНК наноразмерных листов оксида графена и ионов меди. АКС Нано. 2010;4(12):7169–74.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ван А., Пу К., Донг Б., Лю И., Чжан Л., Чжан З. и др. Роль поверхностного заряда и окислительного стресса в цитотоксичности и генотоксичности оксида графена по отношению к клеткам фибробластов легких человека. J Appl Toxicol. 2013;33(10):1156–64.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Jiang X, Dausend J, Hafner M, Musyanovych A, Rocker C, Landfester K, et al. Специфические эффекты поверхностных аминов на наночастицы полистирола при их взаимодействии с мезенхимальными стволовыми клетками. Биомакромолекулы. 2010;11(3):748–53.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Yue ZG, Wei W, Lv PP, Yue H, Wang LY, Su ZG и др. Поверхностный заряд влияет на клеточное поглощение и внутриклеточный перенос наночастиц на основе хитозана. Биомакромолекулы. 2011;12(7):2440–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhang W, Wang C, Li Z, Lu Z, Li Y, Yin JJ и др. Выявление токсических свойств оксида графена, вызванных стрессом, и лежащего в их основе механизма. Adv Mater. 2012;24(39):5391–7.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Wojtoniszak M, Chen X, Kalenczuk RJ, Wajda A, Łapczuk J, Kurzewski M, et al. Синтез, дисперсия и цитосовместимость оксида графена и восстановленного оксида графена. Коллоиды Surf B Биоинтерф. 2011;89(1): 79–85.
Google ученый
Hu H, Yu J, Li Y, Zhao J, Dong H. Разработка нового наногибрида плюроник F127/графен для доставки лекарств, чувствительных к рН. J Biomed Mater Res A. 2012;100(1):141–8.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Саху А., Чой В.И., Тэ Г. Чувствительный к раздражителям инъекционный композитный гидрогель на основе оксида графена. Химическая коммуна (Кэмб). 2012;48(47):5820–2.
КАС
Статья
Google ученый
Yang K, Zhang S, Zhang G, Sun X, Lee ST, Liu Z. Графен у мышей: сверхвысокое поглощение опухолью in vivo и эффективная фототермическая терапия. Нано Летт. 2010;10(9):3318–23.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ромеро-Абурто Р., Нараянан Т.Н., Нагаока Ю., Хасумура Т., Митчем Т.М., Фукуда Т. и др. Фторированный оксид графена; новый мультимодальный материал для биологических приложений. Adv Mater. 2013;25(39): 5632–7.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
«>
Фэн Л., Лю З. Графен в биомедицине: возможности и проблемы. Наномед (Лондон). 2011;6(2):317–24.
КАС
Статья
Google ученый
Робинсон Дж.Т., Табакман С.М., Лян И., Ван Х., Касалонге Х.С., Винь Д. и др. Сверхмалый восстановленный оксид графена с высоким коэффициентом поглощения в ближней инфракрасной области для фототермической терапии. J Am Chem Soc. 2011;133(17):6825–31.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Сингх Н., Маншиан Б., Дженкинс Г.Дж.С., Гриффитс С.М., Уильямс П.М., Маффейс Т.Г.Г. и др. Наногенотоксикология: потенциал повреждения ДНК инженерными наноматериалами. Биоматериалы. 2009; 30 (с 23–24): 3891–914.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Инь П.Т., Шах С., Чховалла М., Ли К.Б. Дизайн, синтез и характеристика гибридных материалов графен-наночастицы для биоприложений. Chem Rev. 2015;115(7):2483–531.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Peng L, Xu Z, Liu Z, Wei Y, Sun H, Li Z и др. Зеленый подход на основе железа к производству однослойного оксида графена за 1 час. Нац коммун. 2015;6:5716.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Ali-Boucetta H, Bitounis D, Raveendran-Nair R, Servant A, Van den Bossche J, Kostarelos K. Очищенные дисперсии оксида графена не обладают цитотоксичностью in vitro и патогенностью in vivo. Adv Healthc Mater. 2013;2(3):433–41.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Делл’Орко Д., Лундквист М., Ослакович С., Седервалл Т., Линсе С. Моделирование временной эволюции наночастиц-белковой короны в жидкости организма. ПЛОС Один. 2010;5(6):e10949-e.
Артикул
КАС
Google ученый
Эудаль С., Тобиас П., Альберт Д., Герти Яннеке О., Виктор П. Эволюция белковой короны наночастиц во времени. АКС Нано. 2010;4(7):3623–32.
Артикул
КАС
Google ученый
Аггарвал П., Холл Дж. Б., Маклеланд С. Б., Добровольская М. А., Макнейл С. Э. Взаимодействие наночастиц с белками плазмы, связанное с биораспределением частиц, биосовместимостью и терапевтической эффективностью. Adv Drug Deliv Rev. 2009;61(6):428–37.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Hu W, Peng C, Lv M, Li X, Zhang Y, Chen N и др. Опосредованное белком коронное снижение цитотоксичности оксида графена. АКС Нано. 2011;5(5):3693–700.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Дуань Г., Канг С.Г., Тянь С., Гарате Дж.А., Чжао Л., Гэ С. и др. Белковая корона снижает цитотоксичность оксида графена за счет уменьшения его физического взаимодействия с клеточной мембраной. Наномасштаб. 2015;7:15214–24.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Cuicui G, Jiangfeng D, Lina Z, Liming W, Ying L, Denghua L, et al. Связывание белков крови с углеродными нанотрубками снижает цитотоксичность. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(41):16968–73.
Артикул
Google ученый
Li Y, Feng L, Shi X, Wang X, Yang Y, Yang K и др. Зависимая от поверхностного покрытия цитотоксичность и деградация производных графена: на пути к созданию нетоксичного разлагаемого нанографена. Маленький. 2014;10(8):1544–54.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Гурунатан С., Хан Дж., Пак Дж. Х., Ким Дж. Х. Оценка in vitro оксида графена, восстановленного Ganoderma spp. в клетках рака молочной железы человека (MDA-MB-231). Int J Nanomed. 2014;9: 1783–97.
Артикул
Google ученый
Юань Дж., Гао Х., Чинг С.Б. Сравнительный белковый профиль клеток гепатомы человека HepG2, обработанных графеном и однослойными углеродными нанотрубками: анализ протеома 2D LC-MS/MS, связанный с iTRAQ. Токсикол Летт. 2011;207(3):213–21.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Томасио С.М., Уолш ТР. Моделирование аффинности связывания пептидов с графитовыми поверхностями. Влияние ароматического состава и формы поверхности раздела. J Phys Chem C. 2009 г.;113(20):8778–85.
КАС
Статья
Google ученый
Акхаван О. , Гадери Э. Токсичность наностенок из графена и оксида графена против бактерий. АКС Нано. 2010;4(10):5731–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Burton GJ, Jauniaux E. Окислительный стресс. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2011; 25: 287–99.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Вайвиджит У., Кандхаворн В., Унханонд Б., Ломас Т., Фокараткул Д., Виситсораат А. и др. Оценка цитотоксичности клеток рака молочной железы MDA-MB-231 на подложке из графен-углеродной пасты, напечатанной методом трафаретной печати. Коллоиды Surf B Биоинтерф. 2014; 113:190–7.
КАС
Статья
Google ученый
Chong Y, Ma Y, Shen H, Tu X, Zhou X, Xu J и др. Токсичность графеновых квантовых точек in vitro и in vivo. Биоматериалы. 2014;35(19): 5041–8.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чен М., Инь Дж., Лян Ю., Юань С., Ван Ф., Сонг М. и др. Окислительный стресс и иммунотоксичность, вызванные оксидом графена у рыбок данио. Аква Токсикол. 2016; 174 (1879–1514 (электронный)): 54–60.
КАС
Статья
Google ученый
Meng C, Zhi X, Li C, Li C, Chen Z, Qiu X и др. Оксиды графена, украшенные карнозином в качестве адъюванта для модуляции врожденного иммунитета и улучшения адаптивного иммунитета in vivo. АКС Нано. 2016;10(1936-086X (электронный)): 2203–13.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Равичандран П., Балучами С., Саданандан Б., Гопикришнан Р., Бирадар С., Рамеш В. и др. Многослойные углеродные нанотрубки активируют сигнальные пути NF-κB и AP-1, вызывая апоптоз в эпителиальных клетках легких крыс. Апоптоз. 2010;15(12):1507–16.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Ламмель Т., Буассо П., Фернандес-Крус М.Л., Навас Дж.М. Интернализация и цитотоксичность нанопластинок оксида графена и карбоксиграфена в клеточной линии гепатоцеллюлярной карциномы человека Hep G2. Часть клетчатки Toxicol. 2013;10:27.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Гурунатан С., Хан Дж. В., Эппакаяла В., Ким Дж. Х. Зеленый синтез графена и его цитотоксические эффекты в клетках рака молочной железы человека. Int J Наномедицина. 2013;8:1015–27.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Salas EC, Sun Z, Luttge A, Tour JM. Восстановление оксида графена с помощью бактериального дыхания. АКС Нано. 2010;4(8):4852–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Шекарамиз Э. Иммобилизация митохондрий на графене. Диссертации Gradworks. 2012;217(1):120–31.
Google ученый
Park EJ, Lee GH, Han BS, Lee BS, Lee S, Cho MH и др. Токсический ответ графеновых нанопластинок in vivo и in vitro. Арх Токсикол. 2015;89(9):1557–68.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Чаттерджи Н., Ян Дж., Чой Дж. Дифференциальные генотоксические и эпигенотоксические эффекты наноматериалов семейства графена (GFN) в клетках бронхиального эпителия человека. Mutat Res Gen Tox En. 2016;798 (1879–3592 (электронный)): 1–10.
Артикул
КАС
Google ученый
Иваск А., Фелькер Н.Х., Сибрук С.А. , Хор М., Кирби Дж.К., Фенек М. и др. Плавление ДНК и генотоксичность, индуцированные наночастицами серебра и графеном. Хим. Рез. Токсикол. 2015; 28 (1520–5010 (электронный)): 1023–35.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Магдоленова З., Коллинз А., Кумар А., Дхаван А., Стоун В., Дусинска М. Механизмы генотоксичности. Обзор исследований искусственных наночастиц in vitro и in vivo. Нанотоксикология. 2014;8(3):233–78.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Голбамаки Н., Расулев Б., Кассано А., Маркиз Робинсон Р.Л., Бенфенати Э., Лещинский Дж. и др. Генотоксичность наноматериалов оксидов металлов: обзор последних данных и обсуждение возможных механизмов. Наномасштаб. 2015;7(6):2154–98.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Чжао X. Самосборка сегментов ДНК на массивах графена и углеродных нанотрубок в водном растворе: исследование молекулярного моделирования. J Phys Chem C. 2011;115(14):6181–9..
КАС
Статья
Google ученый
Ciccia A, Elledge SJ. Реакция на повреждение ДНК: безопасные игры с ножами. Мол Ячейка. 2010;40(2):179–204.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Satoshi F, Macconmara MP, Maung AA, Yan Z, Mannick JA, Lederer JA, et al. Истощение тромбоцитов у мышей увеличивает смертность после термического повреждения. Кровь. 2006;107(11):4399–406.
Артикул
КАС
Google ученый
Chen GY, Yang HJ, Lu CH, Chao YC, Hwang SM, Chen CL, et al. Одновременная индукция сигнальных путей аутофагии и толл-подобных рецепторов оксидом графена. Биоматериалы. 2012;33(27):6559–69.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhou H, Zhao K, Li W, Yang N, Liu Y, Chen C, et al. Взаимодействия между нетронутым графеном и макрофагами и продукция цитокинов/хемокинов посредством сигнальных путей, связанных с TLR и NF-kappaB. Биоматериалы. 2012;33(29): 6933–42.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Лоуренс Т. Путь ядерного фактора NF-kappaB при воспалении. Колд Спринг Харб Перспект Биол. 2009; 1 (1943–0264 (электронный)): a001651.
ПабМед
ПабМед Центральный
Google ученый
Хенгартнер МО. Биохимия апоптоза. Природа. 2000;407(6805):770–6.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Matesanz MC, Vila M, Feito MJ, Linares J, Goncalves G, Vallet-Regi M, et al. Влияние нанолистов оксида графена, локализованных на нитях F-актина, на изменения клеточного цикла. Биоматериалы. 2013;34(5):1562–9.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Yao Y, Costa M. Генетические и эпигенетические эффекты наночастиц. Дж. Мол Жене Мед. 2013;7:86.
Google ученый
Стерн С.Т., Адишешайя П.П., Крист Р.М. Аутофагия и лизосомальная дисфункция как возникающие механизмы токсичности наноматериалов. Часть клетчатки Toxicol. 2012; 9 (1743–8977 (электронный)): 1.
Google ученый
Мизусима Н., Йошимори Т., Левин Б. Методы исследования аутофагии млекопитающих. Цел. 2010; 140 (1097–4172 (электронный)): 313–26.
КАС
Статья
Google ученый
Патель А. С., Лин Л., Гейер А., Хаспел Дж.А., Ан Ч., Цао Дж. и др. Аутофагия при идиопатическом легочном фиброзе. ПЛОС Один. 2012; 7 (1932–6203 (электронный)): e41394.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Левин Б., Мидзусима Н., Вирджин Х.В. Аутофагия в иммунитете и воспалении. Природа. 2011;469(7330):323–35.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Kenzaoui BH, Bernasconi CC, Guney-Ayra S, Juillerat-Jeanneret L. Индукция окислительного стресса, активация лизосом и аутофагия с помощью наночастиц в эндотелиальных клетках головного мозга человека. Biochem J. 2012; 441 (1470–8728 (электронный)): 813–21.
Google ученый
Hussain S, Garantziotis S. Взаимодействие между путями апоптоза и аутофагии после воздействия наночастиц диоксида церия на моноциты человека. Аутофагия. 2013;9(1554–8635 (электронный)): 101–3.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Sun T, Yan Y, Zhao Y, Guo F, Jiang C. Наночастицы оксида меди вызывают аутофагическую гибель клеток в клетках A549. ПЛОС Один. 2012; 7 (1932–6203 (электронный)): e43442.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Chen GY, Meng CL, Lin KC, Tuan HY, Yang HJ, Chen CL, et al. Оксид графена как химиосенсибилизатор: отклоняет аутофагический поток, усиливает ядерный импорт, усиливает некроз и улучшает противоопухолевый эффект. Биоматериалы. 2015;40:12–22.
ПабМед
Статья
КАС
Google ученый
Chen GY, Chen CL, Tuan HY, Yuan PX, Li KC, Yang HJ и др. Оксид графена запускает толл-подобные рецепторы/реакции аутофагии in vitro и ингибирует рост опухоли in vivo. Adv Healthc Mater. 2014;3(9):1486–95.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Wan B, Wang ZX, Lv QY, Dong PX, Zhao LX, Yang Y и др. Одностенные углеродные нанотрубки и оксиды графена вызывают накопление аутофагосом и нарушение лизосом в первично культивируемых мышиных перитонеальных макрофагах. Токсикол Летт. 2013;221(1879–3169 (электронный)): 118–27.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Маркович З.М., Ристич Б.З., Арсикин К.М., Клишич Д.Г., Хархаджи-Трайкович Л.М., Тодорович-Маркович Б.М. и др. Графеновые квантовые точки как фотодинамические агенты, вызывающие аутофагию. Биоматериалы. 2012;33(29):7084–92.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Санхуан М.А., Диллон С.П., Тейт С.В., Мошиах С., Дорси Ф., Коннелл С. и др. Передача сигналов Toll-подобных рецепторов в макрофагах связывает путь аутофагии с фагоцитозом. Природа. 2007; 450 (7173): 1253–7.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Сасидхаран А., Сваруп С., Чандран П., Наир С., Коякутти М. Клеточный и молекулярный механистический анализ потенциала повреждения ДНК малослойного графена в первичных эндотелиальных клетках человека. Наномед. 2016; 12 (1549–9642 (электронный)): 1347–55.
КАС
Google ученый
Yang H, Rivera Z, Jube S, Nasu M, Bertino P, Goparaju C, et al. Запрограммированный некроз, индуцированный асбестом в мезотелиальных клетках человека, вызывает высвобождение высокоподвижного белка группы box 1 и, как следствие, воспаление. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(109)1–6490 (электронный)): 12611–6.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
«>
Рауччи А., Палумбо Р., Бьянки М.Е. HMGB1: сигнал некроза. Аутоиммунитет. 2007;40(4):285–9.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Smith ZD, Meissner A. Метилирование ДНК: роль в развитии млекопитающих. Нат Рев Жене. 2013;14(3):204–20.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Фабиан М.Р., Соненберг Н. Механизм молчания генов, опосредованного микроРНК: взгляд под капотом miRISC. Nat Struct Mol Biol. 2012;19(6):586–93.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Нишикура К. Функции и регуляция редактирования РНК дезаминазами ADAR. Анну Рев Биохим. 2010;79(79): 321–49.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Дубей П. , Матай И., Кумар С.У., Сачдев А., Бхушан Б., Гопинатх П. Возмущение клеточной механистической системы токсичностью наночастиц серебра: цитотоксические, генотоксические и эпигенетические потенциалы. Adv Colloid Interf Sci. 2015; 221:4–21.
КАС
Статья
Google ученый
Коллинз AR, Фергюсон LR. Репарация ДНК как биомаркер. Мутат рез. 2012; 736(1–2):2–4.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhao Y, Wu Q, Wang D. Защитный механизм, кодируемый эпигенетическим сигналом, активируется оксидом графена для подавления индуцированной им репродуктивной токсичности у Caenorhabditis elegans. Биоматериалы. 2016; 79 (1878–5905 (электронный)): 15–24.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Liu C, Yu W, Chen Z, Zhang J, Zhang N. Повышенная эффективность трансфекции генов в CD13-положительных эндотелиальных клетках сосудов с помощью целевых наночастиц поли(молочная кислота)-поли(этиленгликоль) посредством эндоцитоза, опосредованного кавеолами. J Контр Отн. 2011; 151 (1873–49 гг.)95 (электронный)): 162–75.
КАС
Статья
Google ученый
Эма М., Аояма Х., Арима А., Асано Ю., Чихара К., Эндох К. и др. Исторические контрольные данные исследований пренатальной токсичности у кроликов. Врожденный аном. 2012;52(3):155–61.
Артикул
Google ученый
Эма М., Эндо К., Фукусима Р., Фуджи С., Хара Х., Хирата-Коидзуми М. и др. Исторические контрольные данные исследований токсичности развития у грызунов. Врожденный аном. 2014;54(3):150–61.
Артикул
Google ученый
Битунис Д., Али-Бусетта Х., Хонг Б.Х., Мин Д.Х., Костарелос К. Перспективы и проблемы графена в биомедицинских приложениях. Adv Mater. 2013;25(16):2258–68.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Van Goethem F, Lison D, Kirsch-Volders M. Сравнительная оценка микроядерного теста in vitro и щелочного одноклеточного гель-электрофореза для обнаружения агентов, повреждающих ДНК: генотоксические эффекты порошка кобальта, карбида вольфрама и кобальта -карбид вольфрама. Мутат рез. 1997;392(1–2):31–43.
ПабМед
Статья
Google ученый
Natarajan V, Wilson CL, Hayward SL, Kidambi S. Наночастицы диоксида титана вызывают потерю функции и нарушение митохондриальной динамики в первичных гепатоцитах. ПЛОС Один. 2015; 10 (1932–6203 (электронный)): e0134541.
ПабМед
ПабМед Центральный
Статья
КАС
Google ученый
Hong F, Zhao X, Chen M, Zhou Y, Ze Y, Wang L, et al. Индуцированный наночастицами TiO2 апоптоз первично культивируемых клеток Сертоли мышей. J Biochem Mater Res A. 2016; 104 (1552–4965 (электронный)): 124–35.
Артикул
КАС
Google ученый
Ян В.Е., Лан М.И., Ли С.В., Чанг Дж.К., Хуан Х.Х. Первичный ответ эпителиальных клеток носа человека на поверхность титана с наносетевой структурой при применении носовых имплантатов. Nanoscale Res Lett. 2015;10(1931–7573 (печать)): 1–10.
Google ученый
Wang J, Deng X, Zhang F, Chen D, Ding W. Окислительный стресс, вызванный наночастицами ZnO, вызывает апоптоз путем активации сигнального пути JNK в культивируемых первичных астроцитах. Nanoscale Res Lett. 2014; 9 (1931–7573 (печать)): 1–12.
Google ученый
Osmond-McLeod MJ, Osmond RI, Oytam Y, McCall MJ, Feltis B, Mackay-Sim A, et al. Поверхностные покрытия наночастиц ZnO по-разному смягчают множество транскрипционных, белковых и сигнальных реакций в первичных обонятельных клетках человека. Часть клетчатки Toxicol. 2013; 10 (1743–1789 гг.)77 (электронный)):1.
Google ученый
Мэн С., Пэн Р. Рост и последующее наблюдение за клетками первичных кортикальных нейронов на нефункционализированной графеновой нанолистовой пленке. J Appl Biomater Funct Mater. 2016; 14 (2280–8000 (электронный)): e26–34.
ПабМед
Google ученый
Kwon JT, Seo GB, Jo, Lee M, Kim HM, Shim I и др. Наночастицы алюминия индуцируют активацию ERK и p38MAPK в мозге крыс. Токсикол Рез. 2013;29(1976–8257 (печать)): 181–5.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Рэдклифф П.М., Олабиси А.О., Вагнер Д.Дж., Ливенс Т., Вонг Б.А., Струве М.Ф. и др. Острое вдыхание вольфрамата натрия связано с минимальным обонятельным транспортом вольфрама (188 Вт) в мозг крысы. Нейротоксикология. 2009; 30 (1872–9711 (электронный)): 445–50.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Zhang H, Li ZF, Snyder A, Xie J, Stanciu LA. Функционализированный оксид графена для изготовления биосенсоров параоксона. Анальный Чим Акта. 2014; 827:86–94.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Schriver M, Regan W, Gannett WJ, Zaniewski AM, Crommie MF, Zettl A. Графен как долговременный барьер окисления металлов: хуже, чем ничего. АКС Нано. 2013; 7 (1936-086X (электронный)): 5763–8.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
Солдано С., Махмуд А., Дюжардин Э. Производство, свойства и потенциал графена. Углерод. 2010;48(8):2127–50.
КАС
Статья
Google ученый
«>
Хан С.Г., Ким Дж.К., Шин Дж.Х., Хван Дж.Х., Ли Дж.С., Ким Т.Г. и др. Легочные реакции крыс Sprague-Dawley при однократном ингаляционном воздействии наноматериалов оксида графена. Биомед Рез Инт. 2015;2015:376756.
ПабМед
ПабМед Центральный
Google ученый
Pan WY, Huang CC, Lin TT, Hu HY, Lin WC, Li MJ и др. Синергетические антибактериальные эффекты локализованного тепла и окислительного стресса, вызванного гидроксильными радикалами, опосредованными нанокомпозитами на основе графена/оксида железа. Наномедицина. 2016;12(2):431–8.
КАС
пабмед
Google ученый
Yang K, Gong H, Shi X, Wan J, Zhang Y, Liu Z. Биораспределение in vivo и токсикология функционализированного нанооксида графена у мышей после перорального и внутрибрюшинного введения. Биоматериалы. 2013;34(11):2787–95.
КАС
пабмед
Статья
Google ученый
«>
Яворски С., Савош Э., Кутвин М., Вежбицки М., Хинцманн М., Гродзик М. и др. Влияние оксида графена и восстановленного оксида графена на глиобластому in vitro и in vivo. Int J Наномедицина. 2015;10:1585–96.
КАС
пабмед
ПабМед Центральный
Статья
Google ученый
Ахаван О., Гадери Э., Эмами Х., Ахаван Ф. Генотоксичность графеновых нанолент в мезенхимальных стволовых клетках человека. Углерод. 2013;54(2):419–31.
КАС
Статья
Google ученый
Чаттерджи Н., Ян Дж., Чой Дж. Дифференциальные генотоксические и эпигенотоксические эффекты наноматериалов семейства графена (GFN) в клетках бронхиального эпителия человека. Мутагенез окружающей среды Mut Res Gen Tox. 2016; 798–799:1–10.
Артикул
КАС
Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

Не применимо.

Финансирование

Этот обзор был поддержан Национальным фондом естественных наук Китая (81550011, 51172283, 81400557), Фондом естественных наук провинции Гуандун (2015A030313299) и Фондом медицинских исследований провинции Гуандун (A2016360).

Доступность данных и материалов

Базы данных/репозитории и материалы не применимы в этом обзоре.

Вклад авторов

Все авторы внесли свой вклад в дизайн и концепцию этой статьи. LO составил рукопись. Б.С. и Дж.Л. критически отредактировали рукопись. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Согласие на публикацию

Неприменимо.

Одобрение этики и согласие на участие

Неприменимо.

Информация об авторе

Авторы и организации

Больница Нанфан, Южный медицинский университет, Гуанчжоу, 510515, Китай
Бин Сонг, Хуйминь Лян, Цзя Лю, Сяоли Фэн и Лунцюань Шао
The First Affiliated Hospital of Jinan University, Guangzhou, China
Lingling Ou & Ting Sun
The General Hospital of People’s Liberation Army, Beijing, China
Bin Deng

Authors

Lingling Ou
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Bin Song
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Huimin Liang
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Jia Liu
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Xiaoli Feng
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Академия
Bin Deng
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Ting Sun
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Longquan Shao
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за переписку

Соответствие
Лунцюань Шао.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии вы должным образом указываете автора (авторов) и источник, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, были ли внесены изменения. Отказ от права Creative Commons на общественное достояние (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) применяется к данным, представленным в этой статье, если не указано иное.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Массовое производство графена | American Scientist

Эта статья из выпуска

май-июнь 2018

Том 106, номер 3

Стр. 176

Посмотреть выпуск

Что, если бы вы обнаружили бесконечно тонкий материал, способный проводить электричество, способный удерживать вес в миллионы раз больше собственного веса, и при этом достаточно пористый, чтобы фильтровать самую мутную воду? А что, если это вещество создано из того же элемента, что и обычный карандаш?

Растущая группа ученых стремится сделать этот необычный материал, графен, основным технологическим материалом ко второй половине 21-го века. Неудовлетворенные этим графиком, некоторые предприниматели хотели бы широкого распространения графена в течение следующего десятилетия.

Элегантный графен. Он создан из одного элемента, углерода, образованного только одним типом связи. Несмотря на кажущуюся простоту графена, выделение этого материала было невозможным как для химиков, так и для физиков. Графен превосходно прячется на виду, и методы и инструменты, усовершенствованные за последние два десятилетия, сыграли ключевую роль в его открытии.

Андрей Гейм и Костя Новоселов/Science Source

Ad Right

Углерод, единственный компонент графена, окружает нас повсюду. Элемент является четвертым по распространенности во всей Вселенной. Большинство людей думают о материалах в терминах атомов и молекул, где молекулы состоят из определенных типов и количества атомов. С графеном подсчет атомов углерода не имеет значения. Просто способ, которым составляющие углероды связаны друг с другом, имеет решающее значение, и эта особенность отделяет графен от других полностью углеродных материалов, таких как алмазы и графит. На атомном уровне исключительно углеродный графен напоминает шестиугольный забор из проволочной сетки, где каждый атом углерода составляет вершину шестиугольника. Гексагональное распределение делает возможными свойства графена, потому что распределение позволяет отдельным атомам углерода графена лежать плоско.

Нельзя не заметить это свойство графена. Графен — совершенная аномалия в мире химии — плоская двумерная молекула с одним листом графена толщиной всего в один атом. Вы можете сразу же усомниться в структурной целостности графена из-за его восхитительно упрощенной конструкции, но переплетение углеродных шестиугольников по всей структуре делает атомарно-тонкий материал неожиданно прочным.

Вы испытали синтез графена, может быть, даже раньше сегодня, в очень небольшом масштабе. Давление, оказываемое вашей рукой и кончиками пальцев, вероятно, создало несколько слоев графена, когда вы в последний раз водили карандашом по блокноту, превращая скромный графит в графен, пока вы писали список продуктов на этой неделе.

После того как два исследователя из Великобритании, Константин Новоселов и Андрей Гейм, были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году, технологические журналы во всем мире провозгласили новую эру «чудо-материалов», основанных на атомарно-тонкой мозаике атомов углерода. Благодаря своей невероятно высокой прочности и почти невероятно низкому электрическому сопротивлению графен приподнял скрытую завесу, позволив ученым мельком увидеть чудеса, лежащие за ее пределами.

Ранние инвесторы, однако, были обожжены предпринимателями, которые слишком много обещали и недооценивали аспекты производительности продуктов (особенно композитов, таких как пластмассы), которые содержали графен, но которые не использовали графен таким образом, чтобы его включение стоило дополнительных затрат. расход. В некоторых случаях это было просто добавлением змеиного масла. Поскольку общий объем новых методов производства и качество полученного графена со временем увеличились, мы наконец начинаем видеть истинные преимущества графена.

Чешуйки графита (здесь на сканирующей электронной микрофотографии, слева ) могут иметь толщину всего 10 нанометров и при этом содержать несколько слоев графена. За открытие этого ранее неизвестного материала в 2004 году Андрею Гейму ( справа ) и Константину Новоселову шесть лет спустя присудили Нобелевскую премию по физике.

Андре Гейм/Science Source; Джеймс Кинг-Холмс/Алами

Если графен сделан из углерода, и ученые уже более десяти лет знают, как изолировать этот материал, почему на рынке так мало графеновых продуктов?

Путь от лаборатории фундаментальных исследований до полки магазина никогда не бывает прямым, хотя время, которое проходит между открытием и коммерческим применением, быстро сокращается.

Графеновые чешуйки на кремниевых пластинах на самом деле всего лишь первые капли на дне стакана по сравнению с революцией, которая произойдет, когда кто-то решит загадку, как сделать листы чистого графена большой площади.

Последнее десятилетие или около того аддитивное производство (аддитивное производство) было в моде. Возможно, вы знаете AM под более распространенным названием — 3D-печать. Многие устройства AM раннего поколения использовали только пластик для создания интересных трехмерных изображений различных объектов, но технология стала значительно более функциональной.

Конструкционные материалы, изготовленные аддитивным способом, являются очевидным местом, с которого можно начать добавлять графеновые чешуйки. Исследователи из Массачусетского технологического института, используя специальную машину AM, напечатали различные 3D-объекты из графена и протестировали их, чтобы измерить их физические свойства по сравнению с более традиционными деталями. Результаты были ошеломляющими. Некоторые из напечатанных на 3D-принтере образцов имели в 10 раз большую прочность стали при 1/20 массы. Теперь они могут печатать детали и сборки, которые в некоторых случаях могут заменить изготовленные на заказ стальные детали для повышения механической прочности.

Джон Уайли и сыновья; Из García-Tuñon et al., Advanced Materials 27(10), 21 января 2015 г.

автоматизированный производственный процесс для производства килограммов графена в день или тонн материала в год, а не просто несколько граммов тут и там. Графит — это, по сути, графен, наслоенный сам на себя и ожидающий, пока кто-нибудь его отделит. Однако здесь все становится сложнее.

Прежде всего, вероятно, следует исключить массовое производство графена тем способом, которым он был первоначально выделен. Хотя забавно представить пещерообразную комнату, заполненную людьми, использующими клейкую ленту, чтобы отделить графеновые листы от кучи карандашного грифеля, это просто непрактично. Возможно, кто-то сможет придумать, как автоматизировать этот конкретный процесс, но даже в этом случае он вряд ли будет хорошо масштабироваться до необходимого массового производства. Другими словами, не вкладывайте свои пенсионные сбережения в фьючерсы на клейкую ленту!

Исследователи из Университета Рутгерса изготавливают листы графена из обычных графитовых чешуек и некоторого количества серной или азотной кислоты. Добавление кислоты окисляет графеновые листы, из которых состоит графит, а вытеснение атомов кислорода между листами графена заставляет их расщепляться, образуя листы оксида графена, взвешенные в кислоте и воде. Затем жидкость отфильтровывается, оставляя хлопья оксида графена, которые забивают фильтр. Сумма всех засоров через фильтр в конечном итоге составляет лист оксида графена, похожий на бумагу. Этот похожий на бумагу лист затем можно удалить из фильтра, растворив фильтр с помощью растворителя, который не вступает в реакцию с оксидом графена. Последним шагом является удаление кислорода с помощью гидразина, оставляя только чистое графеновое покрытие.

Полученный материал называется восстановленный оксид графена, или сокращенно RGO. В данном случае «уменьшенный» относится к химическому использованию этого слова, когда степень окисления каждого углерода графена была уменьшена за счет удаления кислорода гидразином. В данном случае гидразин является восстановителем, который окисляется при взаимодействии с оксидом графена.

Ozyilmaz Group/Физический факультет/Национальный университет Сингапура

Метан, богатое углеродом газообразное соединение, с которым мы, люди, очень хорошо знакомы, может реагировать с медью при высоких температурах с образованием графена. Просто нагрейте медь примерно до 1000 градусов по Цельсию и подвергните ее воздействию газа метана. Слои графена будут образовываться на поверхности меди из большого количества атомов углерода в газе метане, процесс, называемый химическое осаждение из паровой фазы (CVD). У этого метода есть две большие проблемы: для производства даже небольшого количества графена требуется много времени, а качество полученного графена не очень хорошее.

Дэвид Бойд из Калифорнийского технологического института вместе со своими коллегами-исследователями нашел способ улучшить подход CVD, чтобы он работал при более низких температурах и производил графен более высокого качества. Они тоже используют медь и метан, но добавляют немного азота, чтобы улучшить наслоение графена на медь. В этом методе энергии все еще нужно добавить, но не так много. Реакция идет вперед при «всего» 420 градусах. Мировая промышленность имеет значительный опыт работы с сердечно-сосудистыми заболеваниями, поэтому в конечном итоге можно будет автоматизировать процесс в больших масштабах; цель состоит в том, чтобы производить сантиметры или даже метры высококачественного графена за раз.

Чтобы реализовать замечательные чудеса графена, его необходимо производить в больших количествах — дешево.

Опасные химические вещества, сложные машины и многоступенчатые химические реакции и процессы слишком сложны для вашего вкуса? Затем рассмотрим этот подход, открытый в Университете штата Канзас, где они производили графен путем создания взрыва. Вы когда-нибудь строили шпильку? По сути, если вы возьмете трубу из ПВХ длиной от одного до двух метров, создадите камеру сгорания на одном конце, используя свечу зажигания и быстрозакрывающуюся заглушку, набьете картошку на другом конце и заполните теперь герметичную камеру сгорания. с легковоспламеняющимся паром (хорошо спрей для волос), то у вас есть пистолет. После того, как картошка на месте, камера заполнена лаком для волос, а затем закрыта, вы можете направить дальний конец трубы из ПВХ на цель и разрядить аккумулятор, чтобы свеча зажигания зажглась. В результате небольшой взрыв создает волну давления, которая смещает картофелину с конца камеры сгорания, перемещая ее вверх по соплу трубы из ПВХ и в воздух, часто отбрасывая ее на десятки метров вдаль. Физика того, что происходит в камере сгорания, очень похожа на метод, который ученые из Канзасского государственного университета использовали для создания графена, что может стать масштабируемым процессом, который может стать шагом к массовому производству.

Интересно, что ученые пытались создать не графен. Вместо этого они пытались сделать что-то, называемое аэрозольным гелем угольной сажи, для использования в системах изоляции и очистки воды. Об этих гелях внезапно забыли, когда поняли, что их сажа — не то, что они искали, а графен. И не просто немного графена. Они утверждают, что их процесс на сегодняшний день является наименее дорогим для потенциально массового производства графена и что он не требует больших затрат энергии. Конечно, все не так просто, но этот подход кажется хорошим для использования в сочетании с другими методами.

Вместо трубы из ПВХ ученые использовали более прочную камеру для сжигания. Они заменили лак для волос ацетиленом или газообразным этиленом, смешанным с кислородом. Они использовали свечу зажигания для воспламенения, как и мы с нашим пистолетом. Топливо, газ ацетилен или этилен, превратилось в графен и некоторые другие углеродные отходы.

Доктор Сэмюэл Йик/CSIRO

Еще есть метод с соевым маслом — то же самое, что вы можете использовать дома, когда готовите. Исследовательская группа в Австралии нашла способ использовать обычные соевые бобы для производства однослойных графеновых листов поверх никелевой подложки — потенциально создавая листы большой площади за один раз. Этот процесс представляет собой разновидность процесса CVD, описанного ранее, но со значительным отличием: этот процесс выполняется в атмосферном воздухе (без специальных вакуумных камер и т. д.), и требуемая энергия не так велика, как для других процессов CVD.

Секрет заключается в используемом катализаторе из никелевой фольги и в тщательном контроле температуры процесса для максимально возможного предотвращения образования двуокиси углерода. Вуаля: на смену соевому маслу приходит графен. Стоит отметить, что команда исследовала другие металлические фольги, включая медь, и никакие другие не способствовали образованию графена. Только никель.

Когда ничего не помогает, почему бы просто не пойти домой и не использовать свой блендер для создания чудо-материала 21-го века? По сути, это то, что сделал Джонатан Коулман из Тринити-колледжа в Дублине, когда он и его команда поместили немного графита в блендер, добавили безрецептурное средство для мытья посуды и нажали кнопку запуска. Коулман и его коллеги обнаружили, что для разделения вновь сформированных листов графена требуется лишь немного больше обработки, и они могут производить несколько сотен граммов в час, используя довольно скромный набор смесительного оборудования в 10 000-литровом чане. Однако пока неясно, может ли этот метод обеспечить высококачественный графен.

Поиск в научной литературе выявил множество методов, позволяющих производить графен различного качества. Их объединяет сложность, энергия и тот факт, что они могут производить только небольшое количество графена, который затем необходимо отделить от других продуктов реакции. На сегодняшний день не существует простой технологии производства, позволяющей получать большое количество высококачественного графена. Чтобы воплотить в жизнь по-настоящему замечательные чудеса графена, его необходимо производить в огромных количествах — и дешево.

Хотите купить монослой графеновых чешуек размером 10 х 10 миллиметров на кремниевой подложке? 146 долларов. Как насчет куска однослойного графена на меди размером 60 х 40 миллиметров? 172 доллара. Есть компании, специализирующиеся на графене, которые будут продавать образцы для отдельных пользователей по очень разумным ценам. Фактически, за 124 доллара и выше они продадут вам немного графена на вашей собственной подложке.

Создание графена, однако, нетривиально. Лучший графен для массового рынка получается из химически расслоенного, природного, добытого графита, и компании, которым принадлежат доли в графитовых рудниках, уже зарекомендовали себя как участники этой графеновой революции, используя свой преимущественный доступ к сырью для повышения цен на акции.

Но без соглашения на рынке или регулирования, как покупатели определят, какой так называемый графеновый продукт лучше всего подходит для их нужд?

Центр передовых 2D-материалов (CA2DM) Национального университета Сингапура разработал семь различных тестов, с помощью которых он измеряет графитовые материалы для определения качества и идентичности. К сожалению, лишь немногие из этих тестов находятся в пределах досягаемости типичной лаборатории компании; для других требуется дорогостоящее оборудование, которое должны эксплуатировать и обслуживать специально обученные специалисты.

Три самых дешевых теста для определения размера конкретной чешуи, степени дефектов в данном образце и элементного состава образца. Размер чешуек определяется с помощью оптического микроскопа, тогда как образец графена/графита на подложке измеряется с помощью обычного светового микроскопа. Камера и компьютер могут измерить приблизительные размеры частиц графена/графита и приблизительно сообщить, насколько велики образовавшиеся хлопья.

ORNL/Science Source

Поскольку электронные свойства графена очень чувствительны к дефектам в чешуйках, степень этих дефектов является важным параметром для измерения. Это измерение выполняется с помощью так называемой рамановской спектроскопии, которая измеряет колебательные паттерны в образце. Окисление углерод-углеродных связей в графене кислородом открывает графен для разрушения окружающей средой, а введение других атомов на поверхность графена приводит к резкому изменению различных свойств. Например, добавление даже одного атома водорода в структуру графена приводит к тому, что графен становится магнитным.

Измерения дефектов должны подтверждаться элементным анализом, в частности анализом углерод-азот-водород-сера (CNHS). Добытый графит будет содержать остатки ранее живого вещества, из которого он был создан, и эти элементы в конечном итоге ухудшат качество графена тем или иным механизмом. К сожалению, анализ CNHS является деструктивным методом. Часть образца должна быть сожжена для анализа компонентов. Хотя это было бы полезно для контроля партии за партией относительно дешевого промышленно расслоенного графита, это неприемлемо для образцов графена, полученных другими методами.

Существует много способов определить количество слоев в данной графитовой чешуйке. В одном из таких тестов, называемом атомно-силовой микроскопией (АСМ), используется тонкая игла толщиной с волос, закрепленная на небольшом рычаге, похожем на трамплин, для измерения атомных сил между иглой и образцом. Лазер отражается от верхней части рычага, который может измерять величину отклонения вверх или вниз, которое испытывает игла при взаимодействии с поверхностью. Показания показывают измеренную толщину, а поскольку чешуйки графита укладываются на постоянное расстояние друг от друга, вы можете вычислить количество слоев, вычислив их. АСМ может создать изображение из множества сканов, потому что он складывает последовательные одномерные линии вместе, чтобы отобразить топографию образца. По сути, он создает карту высот поверхности.

Все это стало возможным благодаря наиболее распространенному, наиболее универсальному и наиболее важному из всех элементов — углероду.

Сканирующая электронная микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия — это методы изучения того, как выглядит чешуйка графена, но на гораздо более тонком уровне, чем оптическая микроскопия. Эти два метода анализа имеют гораздо более высокое разрешение при увеличении и, следовательно, могут обнаруживать разрывы, надрывы и другие проколы в чешуйках; такие проколы могут существовать естественным образом или образоваться во время выделения или обработки графена. Эти два анализа в сочетании с АСМ дадут наиболее полную трехмерную картину всего образца графена/графита.

Последним крупным анализом, выполненным CA2DM, является рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). XPS неразрушающим образом определяет химический состав образца и, таким образом, дает вам всю информацию, которую предоставляет CNHS, позволяя при этом восстановить ваш образец. В этом методе рентгеновские лучи направляются на поверхность графена, и часть рентгеновских лучей поглощается электронами в образце. Электроны выбрасываются из образца с энергетической характеристикой элемента в образце, которая говорит вам, какие элементы присутствуют и в каких количествах.

Кроме метода скотча и химического отшелушивания, какие у нас могут быть варианты производства графена в больших количествах? Есть ли способ напечатать или вырастить что-то из графена? Механическое отшелушивание можно использовать для отделения кусков графита от поверхности более крупного куска графита, при этом последовательно проводят отслаивание, чтобы изолировать несколько однослойных листов. Этот процесс был значительно улучшен с годами, и действительно, теперь используются специальные ленты, которые могут растворяться в воде или других растворителях легче, чем офисная лента. Это делает нанесение графеновых хлопьев еще проще, чем раньше.

История второго метода, химического отшелушивания, восходит к концу 1800-х годов. Как и в случае с процессом механического отшелушивания, исследователи расширили поле, разработав новые параметры отшелушивания. Как правило, они менее агрессивны к графиту и минимизируют повреждение графеновых поверхностей. Возможно, в этом методе используются перерабатываемые материалы, что было бы чрезвычайно важно для любой компании, которая хочет производить буквально тонны графена в год. Некоторые из улучшений повышают выход чистых однослойных хлопьев, что является наиболее важной оптимизацией из всех.

Графен также можно выращивать из карбида кремния для получения так называемого эпитаксиального графена .

Рост слоя графена из разложения карбида кремния в настоящее время является чрезвычайно сложным процессом, в котором кремний сублимируется при высокой температуре, но атмосфера над поверхностным слоем изменчива. Адаптация среды над поверхностью позволяет исследователям производить графен с большей эффективностью, чем в атмосфере под открытым небом. A 2009 Природные материалы 9В редакционной статье 0005 Питера Саттера описан прогресс в эпитаксиальном росте, который включал удаление воздуха над поверхностью карбида кремния и замену его атмосферой инертного благородного газа. С тех пор исследования вернулись к реактивным атмосферам.

Джефф Фитлоу/Университет Райса; изображения из PNAS (http://www.pnas.org/content/108/41/16900.)

По иронии судьбы три группы со всей Германии разработали метод склеивания пластик, сделанный из множества шестиугольников ароматического бензола, на поверхность карбида кремния и обнаружил, что этот пластик на самом деле резко улучшает размер и качество монослоев графена, полученных в результате сублимации кремния. Эта работа была вдохновлена более ранней статьей, в которой CVD сочетался с эпитаксиальным ростом для повышения выхода графена. Кажется, что каким-то образом комбинация этих двух процессов создает продукт, который намного лучше, чем любой из этих методов в отдельности. Если время покажет, что эта комбинация окажется воспроизводимой и экономичной, это может подготовить почву для того, чтобы повседневная важность графена резко возросла. Более того, он может даже вытеснить природный добытый графит из высокотехнологичного использования графена. Это может означать катастрофу для компаний по добыче графита, которые делают ставку на продажу графена потребителям. Это будет разработка, за которой нужно внимательно следить.

Дорогие, редкие или иным образом ценные исходные материалы вызовут значительный спрос на эти исходные материалы, что ограничит использование графена в повседневных материалах. Поэтому абсолютно необходимо найти способ надежного производства графена из дешевого (или бесплатного) ресурса. Если бы графен можно было производить из вещей, которые в противном случае пошли бы в отходы, это значительно снизило бы долгосрочную цену на графен, так что любой мог бы получить к нему доступ.

Если бы такой процесс был доступен, то к тем, кто его изобрел, относились бы так же высоко, как к Фрицу Габеру, получившему Нобелевскую премию по химии в 1919 г.18 «для синтеза аммиака из его элементов». Габер взял азот из воздуха и водород из газообразного метана, соединил их под высоким давлением и температурой над металлическим катализатором, чтобы ускорить реакцию, и бум! В результате реакции вышел аммиак, готовый для внесения в удобрение. Изобретение Габера буквально кормит мир.

Какой исходный материал мы могли бы использовать для получения углерода в качестве исходного сырья, которое не будет чрезмерно облагать налогом типичные источники углерода, такие как ископаемое топливо или природный газ? Конечно, одним из вариантов является сбор углекислого газа из воздуха и восстановление его до C. Однако это чрезвычайно энергоемкий процесс, и никакие технологические достижения в рамках известных законов физики не уменьшат эту потребность в энергии.

Если бы графен можно было производить из вещей, которые в противном случае отправились бы в отходы, это значительно снизило бы долгосрочную цену на графен.

Это возвращает нас к размышлениям о том, что окружает нас в изобилии, эффективно использует улавливание углерода и может улавливать этот углерод без прямого поступления энергии от человека: растения. Растения поглощают пассивный солнечный свет и углекислый газ из атмосферы и растут в большинстве мест сами по себе. Огромные деревья — это поглотители углерода, которые стали возможными благодаря фотосинтезу. Ежегодно образуется много растительных отходов, которые могли бы пойти на создание графена, если бы в противном случае он занимал место на свалке. Инвазивные виды растений, такие как кудзу и бамбук на юго-востоке США, могут служить сырьем.

Джеймс Тур довел это до логической крайности в 2011 году на спор. Тур думал о способах использования углерода, который уже свободен от нас, в окружающей среде. Ему удалось превратить оргстекло (полиметилметакрилат) в графен, и его следующей целью стал столовый сахар. Превратив столовый сахар в хлопья графена методом пиролиза-ХОПФ на куске медной фольги, один из его коллег оживился и предложил Туру сделать графен из шести различных материалов на основе углерода: печенья, шоколада, травы, полистирола (пенополистирола). , тараканы и собачьи фекалии. Этот результат интересен, так как австралийская лаборатория, упомянутая выше, потерпела неудачу при использовании подложки из медной фольги для процесса конверсии соевого масла. Однако эти противоречивые истории означают, что существует огромное пространство для улучшения нашего понимания того, как графен образуется из газообразных молекул.

Используя тот же метод, что и столовый сахар, все предложенные необычные источники углерода давали небольшие хлопья высококачественного графена. Тур и его коллеги подчеркнули, что нет необходимости в подготовке или очистке этих странных материалов. Другими словами, ногу таракана можно бросить на фольгу, нагреть и получить графен. Вы даже не можете сделать торт с такой легкостью. Открытие Тура в 2011 году в сочетании с результатами CVD-эпитаксии немецкой группы в 2016 году может обеспечить четкий путь к созданию больших, дешевых и бездефектных образцов графена.

В настоящее время НАСА исследует способы переработки отработанного углекислого газа из дыхания астронавтов на Международной космической станции в графен. Это усовершенствование системы жизнеобеспечения имело бы двойной бонус. Во-первых, отходы, такие как двуокись углерода, в противном случае требуют секвестрации с помощью специальных химикатов, которые должны быть доставлены с Земли специальными поставками. Переработка углекислого газа в графен означала бы, что потребуется меньше миссий по пополнению запасов.

Превращение углекислого газа в графен также дает еще одно преимущество: полученный графен можно использовать в новых солнечных элементах, в системах очистки воды или в тысячах других возможностей вместо того, чтобы пытаться выбрасывать его из окружающей среды. шлюз. Эта возможность помогает удлинить пуповину между станцией и Землей. В конце концов нам нужно полностью перерезать этот шлангокабели, если мы хотим когда-либо отправлять людей в длительные миссии на другие планеты и дальше.

Мелани Гоник/MIT

К счастью, у нас, землян, есть и побочная выгода. Подобный процесс также мог бы поглощать углекислый газ из атмосферы и превращать наше дыхание в органическую электронику или миллион других вещей, в которых можно было бы найти применение графену. Хотя превращение углекислого газа в графен не было бы рентабельным или энергоэффективным на Земле (прямо сейчас), избыточная энергия солнечных батарей на борту Международной космической станции может обеспечить толчок, необходимый для удаления кислорода из углекислого газа. Компании могли бы «разрабатывать» атмосферу, чтобы извлекать углекислый газ из процессов, которые не могут не производить его, и превращать отработанный газ в сырье для дальнейших продуктов. Принцип «не тратить, не хотеть», который хорошо знаком каждому путешественнику и исследователю, означает, что система, предназначенная для повторного использования, в конечном итоге повысит шансы на успех миссии (будь то на Земле или в космосе), а также сведет к минимуму воздействие на окружающую среду. Избыточность на Земле может быть только хорошей вещью. В открытом космосе это абсолютное требование.

Графен состоит из чистого углерода в виде единого листа в виде плоского шестиугольника. Любые изменения в этой структуре означают, что полученное химическое вещество технически больше не является графеном; вместо этого это производное графена. Графен ведет себя совсем иначе, чем оксид графена, и оба они ведут себя иначе, чем графен, легированный литием.

Возьмем, к примеру, разницу между двумя образцами расслоенного графита от двух разных компаний. Один образец мог быть отслоен довольно жестким процессом, так что отслоение добавило к чешуйкам графена дефекты атомов кислорода или спиртовых групп. Второй образец можно было бы отслаивать более осторожно, чтобы сохранить структуру, состоящую только из углерода, без добавления отверстий или разрывов в чешуйках. Что лучше другого? Как вы можете отличить их друг от друга? Оба производителя налепили на бутылку надпись «Графен» и продали ее вам втридорога; они должны быть неразличимы в рецептуре продукта, и поэтому вы можете просто выбрать более дешевый вариант, верно? Не так. Источник графена и то, как он был получен, имеют огромное значение для его производительности. Устройство может вообще не работать или работать хуже, чем ожидалось.

Стандартов для производства графена еще не существует, и не все компании вообще готовы устанавливать стандарты. Эти стандарты могут принимать самые разные формы и не обязательно подразумевают правовое регулирование. Совершенно очевидно, что это была бы крайняя мера, и в других странах она была бы неприменимой. Учитывая международное игровое поле для графена, это было бы значительным препятствием. Никто этого не хочет. Однако на данный момент большинство продуктов с маркировкой «графен» на рынке на самом деле не являются графеном. Скорее, это тонкие чешуйки графита, толщина которых может достигать нескольких сотен слоев. Некоторые производители могут производить чешуйки с высоким выходом однослойного графена, и эти компании с радостью скажут вам, что они производят гарантированный процент однослойного графена, при этом большая часть остального образца состоит из агрегатов чешуек толщиной от двух до десяти слоев. . Несколько слов тем из вас, кто заинтересован в использовании настоящего графена для приложений — спросите об этих толщинах чешуек у своего поставщика. Крайне важно передать то, что они говорят, в независимую лабораторию для проверки, чтобы установить окончательный уровень доверия.

Университет Джеффа Фитлоу/Райса

В идеале установленные стандарты должны классифицировать графен с учетом таких параметров, как выход монослойных хлопьев, размер этих хлопьев и элементный анализ образца (как минимум). Таким образом, поставщик может оплачивать себестоимость своего так называемого образца графена, а не завышать стоимость графита, измельченного в кухонном блендере. Внимание! С другой стороны, если поставщик продает эпитаксиально выращенный графен с большой площадью поверхности с повторяемым или поддающимся проверке сертификатом анализа, у вас может быть оправдание для того, чтобы заплатить больше за этот образец.

Потенциал графена изменить курс бесчисленных отраслей промышленности ограничен только воображением и хитростью бизнес-лидеров, разделяющих видение со знающим химиком, инженером или физиком. Более смелые и предприимчивые технологии будут развиваться путем добавления различных молекул к графену, рассматривая его как каркас, на который можно привить биомолекулы, возможно, в качестве пассивных датчиков для химического и биологического оружия.

Графен в качестве материала покрытия может даже изменить отрасли в краткосрочной перспективе. Поскольку графен в основном нереакционноспособен и очень гидрофобен, любая поверхность, покрытая слоем графена, будет двигаться в воде с уменьшенным трением из-за поверхностного натяжения воды и металла. Слой графена на танкерах сделает морские перевозки более эффективными. Добавление слоя графена на лобовое стекло создаст поверхность, которая будет не только прозрачной (поскольку графен сам по себе прозрачен), но и естественным образом оттолкнет воду и повысит безопасность водителя во время дождя. Хотите уменьшить аэродинамическое сопротивление высокопроизводительного автомобиля? Убедитесь, что его оболочка идеально плоская, заключив ее в графен. Может быть, какой-нибудь особенно талантливый инженер в будущем спроектирует транспортное средство с идеально ровным и равномерным обтеканием кузова автомобиля, выжимая из двигателя еще несколько лошадиных сил и еще несколько миль на галлон из бака.

И все это возможно благодаря одному из самых распространенных, самых универсальных и самых важных элементов — углероду — тому самому углероду, который составляет основу всех известных форм жизни на Земле и позволяет формировать графен. : графен — сверхпрочный, сверхтонкий и сверхуниверсальный материал, который совершит революцию в мире.

Эта статья взята и адаптирована из книги «Графен: сверхпрочный, сверхтонкий и сверхуниверсальный материал, который совершит революцию в мире» (Книги Прометея, 2018). Перепечатано с разрешения издателя.

Графен Обзор | Graphene a Wonder Material

Особенности:

Сверхлегкий материал
Самый прочный материал (сверхпрочный)
Прозрачный
Гибкий
Теплопроводный
Электропроводящий
Самая высокая температура плавления и кипения
Водостойкий
Непроницаемый для молекул
Отличные эластичные свойства
Первый в мире двухмерный (2D) материал
Чрезвычайно легкий, но очень прочный
Очень гибкий, но в 200 раз прочнее обычной стали
Ультратонкий и невероятно прозрачный
Отличные электрические и теплопроводные свойства

КУПИТЬ

Описание и технические характеристики графена

Графен представляет собой лист толщиной в один атом, состоящий из объединенных атомов углерода. Атомы углерода связаны вместе, чтобы разделить электрон в гексагональной сотовой структуре. Это слоистый 2D-материал толщиной в один атом, когда-либо обнаруженный в мире. Он состоит из гексагональной решетки атомов углерода в монолитной сотовой структуре. Это слой атомов углерода с одинарными связями SP2, расположенных наподобие проволочной сетки. Он в 200 раз прочнее нержавеющей стали (SS) и в 100 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Это самое тонкое и прочное соединение, доступное на земле. Все будут поражены, когда узнают, что мы нашли материал, который тверже алмаза, но при этом легкий, прочнее стали, но при этом очень гибкий, и этот материал можно добывать из земли в том виде, в котором он встречается в природе. Он все же достаточно тонкий, чтобы его можно было принять за обертку из сарана. Помимо оптимальных физических свойств, впечатляют и другие характеристики.

Свойства графена

Вот некоторые выдающиеся особенности, которые делают его высокотехнологичным материалом:

Превосходный электронный проводник
Главное электронное свойство делает его эффективным полуметаллом с нулевым перекрытием и обеспечивает достаточную электропроводность. Атомы углерода обычно имеют 2 электрона на внутренней оболочке и 4 электрона на внешней орбите, всего 6 электронов.
Хотя обычно 4 внешних электрона в углероде могут соединяться с другим атомом, каждый атом может образовывать двумерную связь с тремя атомами на один атом. Это оставляет электрон доступным для электронной проводимости. Такие электроны известны как электроны «Пи» и находятся сверху и снизу листа.

Предел прочности при растяжении
Механическая прочность — еще одно важное свойство материала. Он считается самым прочным из когда-либо обнаруженных материалов благодаря углеродным связям длиной 0,142 нм.
Он также обладает пределом прочности при растяжении, равным 130 гигапаскалям (или 130 000 000 000 паскалей). По сравнению с пределом прочности на растяжение стали промышленного класса (A36), которая составляет около 400 000 000 Паскалей или около того, она обладает впечатляющей прочностью. Даже кевлар (арамид), предел прочности которого составляет около 375 700 000 паскалей, не соответствует этому пределу прочности.

Чрезвычайно легкий
По сравнению с любым другим современным материалом, исключительно легкий. Квадратный метр листа весит около 0,77 мг, что примерно в 1000 раз легче листа бумаги того же размера. Чтобы дать более точную перспективу, лист толщиной в один атом, достаточно широкий, чтобы покрыть футбольное поле, по-прежнему будет весить менее 1 грамма.

Оптимальные оптические свойства
Обладает уникальной способностью поглощать около 2,3% белого света. Что делает это оптическое свойство настолько впечатляющим, так это то, что он способен на это, несмотря на то, что его толщина всего лишь атом. Его превосходные электронные свойства делают его также эффективным оптическим материалом. Этот лист имеет двойные электроны, которые действуют как высокомобильные, безмассовые носители электрического заряда и обеспечивают повышенное поглощение белого света.

Применение графена

Электромобили и транспортные средства
Аэрокосмическая отрасль
Электроника
Фотогальванический элемент
Лечение рака
Мембраны
Композит и покрытие
Энергия
Смартфоны и планшеты
Биомедицинский
Датчики
Транспортная медицина
Бронежилеты
Солнечная батарея
Краски и чернила
Теннисные ракетки
Устройство накопления энергии
Аэрогель
Лампочка
Ультраконденсаторы

Скачать Ресурсы графена

Графен-сенсорный класс

Графен-карбоксил (COOH)

Графен-амин (NH3)

90 Графен-амин (NH3)

Графен-амин (NH3)

.

и зарядное устройство

Мир стал быстро меняться благодаря новым технологическим изобретениям почти каждый день. При этом нам нужно, чтобы наши гаджеты работали, и нам нужен быстрый, простой и доступный источник питания. Если есть что-то, чего фанатики гаджетов не могут нарадоваться, так это обещание более длительного времени автономной работы. Разве не было бы замечательно, если бы наши телефоны могли выдерживать достаточно энергии для интенсивного использования без подзарядки? Вот где графеновые батареи играют решающую роль.

Что такое графеновая батарея?

Аккумулятор изготовлен с использованием графена, в качестве сырья, известного как графеновый аккумулятор. Что характеризует графен, так это его структура толщиной всего в один атомный слой, эффективно создающая двумерный графеновый лист. Что привлекает наше внимание, так это электрическая и теплопроводность, которая лучше, чем у меди — одного из самых популярных проводящих металлов. Он заменяет литий.

Применение графеновой батареи и зарядного устройства

Лучшее применение графена в качестве батареи — «суперконденсатор». Суперконденсаторы накапливают ток так же, как обычные батареи, но заряжаются и разряжаются быстрее. Основная проблема с графеном заключается в том, чтобы выяснить, как массово производить сверхтонкие листы в батареях и других технологиях по разумной цене. В настоящее время цены на производство неоправданно высоки, но исследования помогают сделать графеновые батареи реальностью.

Зачем использовать графеновую батарею и зарядное устройство?

Время зарядки: При использовании стандартного литий-ионного аккумулятора емкостью около 3000 мАч для зарядки от 0% до 100% требуется около 1,6 часа. Для аккумуляторов с усиленным графеном требуется 20 минут, и требуется зарядное устройство на 60 Вт. Обычная батарея лопнула бы при мощности 60 Вт.

Срок службы графеновой батареи: Графеновые батареи имеют более длительный срок службы. Срок службы большинства телефонных аккумуляторов составляет примерно 600 циклов. При той же емкости графеновые батареи выдерживают около 1500 циклов.

Безопасность : Это безопаснее, чем обычные батареи, поскольку элемент выделяет относительно меньше тепла и работает намного холоднее. Литиевые батареи плохо работают, когда вы вкладываете много энергии или потребляете много энергии.

Графеновое покрытие

В течение многих лет в секторе покрытий наблюдалось значительное расширение и внедрение инноваций. С внедрением новых технологий, процессов, материалов и талантов разнообразие применений для различных типов поверхностных покрытий резко возросло, что позволяет им реагировать на быстро меняющиеся требования клиентов.

Что такое графен?

Графен представляет собой аллотроп углерода. Благодаря своей двумерной однослойной архитектуре графен представляет собой бесконечно большую молекулу и самое тонкое вещество толщиной всего в один атом.
Из-за двумерной структуры графеновых нанопластинок соединения с:
• Необычно высоким соотношением сторон
• Большой площадью поверхности
• Низкой плотностью населения

Пришло время определить графеновое покрытие. Это самая последняя и актуальная альтернатива для тех, кто ищет решение для профилактического покрытия.
Химическое вещество, используемое в каждом из них, относительно похоже, поскольку они оба используют нанотехнологии для прикрепления к краске вашего автомобиля. Различие заключается в составляющих соединения. Вы работаете с графеном, химической молекулой, исходной точкой которой является углерод. Как было сказано ранее, это новая альтернатива покрытию, и еще предстоит выяснить, превосходит ли она обычное керамическое покрытие.

Почему стоит выбрать графеновое покрытие?

Графеновое покрытие Обеспечивает насыщенный, глубокий блеск и антипригарное покрытие. Создает великолепные отражения, оставляя после себя шелковисто-гладкую поверхность.

Простой проект «Сделай сам»: установка не требует специального оборудования или знаний.

Невероятные гидрофобные свойства: Отталкивает воду и загрязняющие вещества как никакой другой продукт.

Долговечность оценивается в годах, а не в месяцах: вы можете иметь защиту на 10+ лет при простом применении.

Гарантированные результаты: Мы обеспечиваем 100% гарантию того, что продукт соответствует спецификациям и дает желаемый результат.

Введение

Благодаря постоянному развитию науки и техники человек смог открыть различные материалы и вещества, которые помогают ему на пути к техническому прогрессу. Ученые оказались благом для многих отраслей промышленности.

Изобретение

Это один или самый маленький слой графитового материала. Эти миллионы слоев удерживаются вместе слабыми межмолекулярными связями. Группа из двух ученых из Манчестерского университета отделила очень тонкий слой графита и открыла слой из одного атома. Они изобрели этот материал в 2004 г. и получили престижную Нобелевскую премию по физике в 2010 г.

Потенциал графена

Этот фантастический материал уже нашел применение во многих отраслях промышленности. Считается, что он заменит обычный кремний и медь в качестве проводящего материала в электронике и электрическом оборудовании.

Energy Sector — Легкие и гибкие солнечные элементы, которые могут печатать даже на ткани одежды и заряжать смартфоны и устройства. Помимо этого, он также все чаще используется для топливных элементов и вскоре может заменить обычные литий-ионные батареи.
Сектор потребительской электроники . Он предназначен для замены кремния в транзисторе, обеспечивая более высокую вычислительную мощность без риска перегрева на микроскопическом уровне. Встраивание в пластик может сделать его проводящим электричество и позволить производить высокочастотные и мощные электронные устройства. Он находит все более широкое применение в разработке усовершенствованной технологии сенсорного экрана, помимо использования в компакт-дисках, радиочастотных приложениях, разработке гибких электродов и для изготовления более качественных конденсаторов.
Сектор связи — все чаще тестируется на предмет использования для обеспечения более высокой скорости интернета без риска перегрева сетевого оборудования связи.
Потребительские материалы. Сектор . Этот материал постепенно заменяет углеродное волокно в качестве предпочтительного материала для значительного облегчения веса самолетов и спутников. Из этого материала также могут быть разработаны методы борьбы с запахом. Когда мы сможем производить индуцированный им пластик, он сделает пластик не только прочнее, но и более жестким и легким. Бытовая электроника может видеть прозрачное проводящее покрытие на электронных устройствах, таких как дисплеи с сенсорным экраном или даже на солнечных батареях. Производство многих продуктов может стать более доступным, поскольку оно также может заменить редкие и дорогие материалы, в том числе иридий и платину.
Медицинский и биотехнологический сектор — он сможет помочь в быстром и эффективном выявлении и лечении рака. Это может помочь в производстве искусственной крови и предотвратить нехватку крови во время кризиса.

Будущее

В структуре есть три сильные связи и один свободно удерживаемый электрон, которые в конечном итоге образуют пул электронов. Это условие отвечает за отличную электропроводность материала. Он проводит электричество лучше, чем кремний и медь. Движение электронов в графене происходит быстрее, чем в кремнии; следовательно, в будущем очень скоро кремний будет заменен во всех формах электроники. Он также является лучшим проводником тепла, чем алмаз.
Он поглощает меньше и пропускает больше света, чем стекло, и становится очень оптически прозрачным материалом. Благодаря своей оптической прозрачности и высокой проводимости он заменит оксид индия-олова в основном в компьютерах, смартфонах и многих других устройствах отображения. Благодаря своему сетчатому устройству и небольшим отверстиям, он также используется в качестве фильтра для очистки и опреснения воды. В настоящее время он используется для эффективных батарей и суперконденсаторов, которые заряжаются быстрее и восстанавливают больше энергии.
По мере того, как все большее число потребителей и производителей осознают превосходные свойства и преимущества, спрос на материал и его широкое промышленное применение будут расти.
Согласно отчету BBC This: Technologies, Application, and Markets, стоимость мирового рынка продуктов в 2015 году составляла около 67 миллионов долларов США, а к 2020 году она увеличится в десять раз и составит около 675 миллионов долларов США всего за пять лет. Это впечатляющий CAGR (среднегодовой темп роста) в размере 58,7% за 5-летний период.
Вскоре мы сможем жить в мире без кремния и лишимся закона Мура о квантовом явлении при комнатной температуре. Проводятся интенсивные исследования по улучшению его применения в методах трансплантации органов, диагностике и лечении рака и болезни Альцгеймера, среди других таких тяжелых заболеваний.

Обработка графена?

Существует несколько методов производства, таких как химическое расслоение, химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Мы производим и поставляем графеновые нанопластинки и графеновый порошок, токопроводящие чернила, токопроводящие пасты и краски, оксиды графена и многие функционализированные материалы. Мы продаем эти экономически эффективные продукты для научно-исследовательских и опытно-конструкторских и многих коммерческих отраслей в розницу, а также на оптовом уровне. Поскольку он используется во многих различных приложениях, поэтому он также известен как волшебный или чудо-материал.

Информация об инвестициях

Инвестиции в этот чудо-материал растут. Существует также флагманский проект, в котором одобренные ученые и промышленники объединяются для будущего развития. Мы также призываем многих международных инвесторов продвигать устройства.

Почему Техинстро?

Техинстро уже давно является ведущим производителем и поставщиком. У нас есть глобальная клиентская база, охватывающая США, Великобританию, некоторые части Азии, Африки, Южной Америки и Австралии, и мы признаны одним из ведущих производителей и поставщиков графена в мире.

Что такое графен и для чего используется графен?

Перейти к содержимому

Что такое графен и для чего используется графен?admin2020-09-24T03:22:27+00:00

Что такое графен и для чего он используется в нашей повседневной жизни? Графен состоит из 90 053 отдельных слоев атомов углерода, 90 054 из которых образуют кристаллическую решетку (наподобие пчелиных сот). Это основной строительный блок графита, материала, который используется в графите карандаша.

Графен — слово, о котором вы, вероятно, никогда не слышали. Но на самом деле это мощный материал на Земле. Это даже делает раунды в области науки и техники. Узнайте, что такое графен и из чего он сделан.

При выделении из графита графен имеет толщину в один атом и является двумерным. Он состоит из чудесных свойств, которые не может передать ни одно вещество. Таким образом, многие приветствуют его как суперматериал.

Графен технически состоит из атома углерода и ковалентной связи, образующих сотовую структуру.

Насколько прочен графен?

Графен был обнаружен около 14 лет назад, и он был отмечен как самый прочный материал в мире, поскольку он более чем в 200 раз прочнее стали — это беспрецедентный уровень жесткости. Кроме того, графен явно прочнее алмаза. Жесткость графена снова и снова проверялась разными исследователями, и было подтверждено, что графен действительно является отличным сырьем с множеством уникальных свойств.

Структура графена полностью связана с атомами углерода, связанными друг с другом на всем протяжении; однако каждый углерод в структуре также связан с тремя другими атомами углерода, и поэтому связь остается прочной и надежной.

Тем не менее, несмотря на жесткость графена, он пористый, легкий и гибкий. Поскольку графен является прочным, легким и гибким, различные отрасли промышленности используют графен в качестве сырья для революционного изменения своей продукции, добавляя больше прочности, антивирусных свойств и более революционных функций.

Тем не менее, каким бы прочным ни был графен, у него есть точка плавления — если его растянуть на определенную длину, он может сломаться.

Какова температура плавления графена

По мере того, как продолжаются исследования, направленные на раскрытие всех возможностей и свойств волшебного сырья — графена, важно, чтобы вы знали прогнозируемые температуры плавления графена. Некоторые исследователи предполагали, что температура плавления графена составляет около Tm ≈ 4900 К. Однако графен и его референты (оксид графена) предсказуемо показывают более высокие температуры плавления, чем многие другие материалы.

Гипотетический тест показал результаты плавления отдельно стоящего графена при Tm 4510K. Но в тесте не учитывались разнообразные схемы склеивания в процессе плавления. Дальнейшие исследования, подтверждающие этот теоретический результат, были сложной задачей для исследователей на протяжении многих лет.

Тем не менее, очень важно знать температуру плавления графена, чтобы знать, как использовать этот материал при проектировании/изготовлении других продуктов. Группа физиков из Московского физико-технического института и Института физики высоких давлений РАН заявила, что плавление графена — это сублимация.

Однако сообщение Королевского химического общества утверждает, что графен имеет температуру плавления от 4000 до 6000 Кельвинов.

Какова твердость графена

Графен, возможно, оказался самым прочным материалом, когда-либо известным человеку, но является ли он самым твердым? Быстрый ответ на этот вопрос – НЕТ! Графен — не самый твердый материал. Прочность на растяжение графена составляет около 130 ГПа, 1 TPI, что составляет около 150000000 фунтов на квадратный дюйм. Это впечатляет, но Diamond постоянно доказывает, что он тверже графена.

Графен удивительно мягкий, легкий и, возможно, сублимируется при плавлении. Мягкую природу графена можно объяснить следующим образом: когда вы рисуете карандашом 4В; вы можете видеть, что используемый графит совершенно мягкий. Ну, это потому, что углеродные слои очень легко сбриваются; однако атомы в этих слоях сильно связаны друг с другом. Таким образом, хотя графен и прочен, он не тверд.

Химические свойства графена сделали его самым прочным материалом, который у нас есть на данный момент, но у алмаза модуль Юнга 250 ГПа — это намного больше, чем у графена.

Применение графена

Благодаря своим удивительным свойствам и характеристикам графен широко применяется в различных областях. И что интересно, графен является ключом к улучшению и революционным изменениям в следующих ключевых отраслях:

Энергетика

Графен обладает потенциалом сохранения энергии. Благодаря своей удивительной электро- и теплопроводности графен можно использовать в качестве супербатарей, суперконденсаторов, а также ветряных и солнечных батарей.

Благодаря графену срок службы традиционной литий-ионной батареи значительно увеличится. Таким образом, вы быстро заряжаете свои электронные устройства и сохраняете заряд аккумулятора в течение нескольких дней даже после экстремального использования.

Покрытия

Благодаря высокому удельному сопротивлению графена реализована разработка долговечных покрытий. Под прочным подразумевается, что покрытия гидрофобны, токопроводящие и химически стойкие. Более того, они устойчивы к трещинам. Для некоторых покрытий они могут даже быть устойчивыми к царапинам и воздействию УФ-А. Таким образом, это делает его огромным рыночным потенциалом.

Датчики

Графен является ключевым материалом для сверхчувствительных датчиков. С датчиками на основе графена можно легко обнаруживать вредные мельчайшие частицы благодаря атомам в графене, которые могут легко ощущать изменения в окружающей среде. Более того, он даже проложил путь к созданию сенсоров микрометрового размера с возможностью обнаружения веществ на молекулярном уровне.

Помимо обнаружения вредных веществ, графен также помогает в мониторинге жизненно важных культур в сельском хозяйстве. Датчики на основе графена помогут фермерам отслеживать вредные газы, оказывающие воздействие на поля, чтобы они могли быстро принять меры. Кроме того, графеновые датчики могут отслеживать атмосферные условия в районах, чтобы знать, какие из них идеально подходят для выращивания определенных культур.

У графена светлое и смелое будущее, и он позволяет лучше влиять на мир. Возможно, мы находимся на стадии зарождения графена. Но в ближайшие годы ученые и исследователи по всему миру увидят потенциал, который графен привносит в каждую отрасль.

Каковы характеристики графена?

Как уже говорилось, графен обладает удивительными свойствами. Вот некоторые из основных характеристик, которые составляют этот суперматериал.

1. Твердость

Графен — самый прочный материал в мире. Его прочность составляет 42 Н/м, а собственная прочность составляет 130 ГПа (гигапаскалей). Он даже в 200 раз прочнее самой прочной стали.

2. Эластичность

Графен также обладает высокой эластичностью. Как бы он ни был напряжен, графен все равно способен сохранять свой первоначальный размер. Основываясь на испытаниях атомно-силовой микроскопии (АСМ), проведенных на листах графена, было показано, что листы графена имеют жесткость пружины в районе 1-5 Н/м и модуль Юнга 0,5 ТПа.

3. Легкий

Несмотря на то, что графен является самым прочным материалом, он также легкий. На самом деле он весит 0,77 миллиграмма на квадратный метр. Говорят, что один лист графена будет весить менее 1 грамма.

4. Хороший электрический проводник

Благодаря низкой плотности дефектов кристаллической решетки графен обладает самой высокой электропроводностью.

5. Прозрачный

Графен может поглощать только около 2,3% отраженного света, несмотря на то, что его толщина составляет атом. Это даже лучше, чем наночастицы ITO (оксид индия и олова), которые обычно используются для изготовления прозрачных проводящих пленок.

Поиск:

Последние сообщения

Будет ли Tesla использовать графеновые батареи?
19 апреля 2022 г.
Запасы твердотельных аккумуляторов
17 апреля 2022 г.
Как вывести оксид графена из организма?
3 марта 2022 г.
Вреден ли графен для человеческого организма?
23 февраля 2022 г.
Для чего используется оксид графена?
22 февраля 2022 г.

Самые популярные посты

7 лучших графеновых покрытий для автомобилей 2022 года (обзор)
41,4 тыс. просмотров
Как вывести оксид графена из организма?
6к просмотров
Real Graphene Power Bank — цена, обзор и характеристики
5,3 тыс. просмотров
Turtle Wax GRAPHENE Flex Wax Обзор
3,5 тыс. просмотров
Графеновая куртка — обзор графеновой куртки X
3,5 тыс.

как использование графена изменит нашу жизнь — РТ на русском

Ложь: привитые от коронавируса люди превращаются в биороботов

GRAPHENE | International Research Journal

Графен / Статьи — Математическая составляющая

Константин Сергеевич Новосёлов

Лите­ра­тура

что это, кто создал, фото, создание в домашних условиях

Ученикам показали летящий графен

БУНТАРИ ОТ НАУКИ

ГДЕ ТОНКО, ТАМ НЕ РВЕТСЯ

ОБЛАКО ГРАФЕНА И ГЕЙЗЕР МАРГАНЦОВКИ

Что такое графен? | Флагманский графен

Свойства графена

Как производится графен?

Методы производства

Жидкофазное расслоение

Химическое осаждение из паровой фазы

Механическое расслоение

Графен: Нобелевская история

Ярлыки

Что такое графен — Graphenano Nanotechnologies

6

6 точно так же, как графит

ГРАФЕН

ГРАФЕН

Токсичность наночастиц семейства графена: общий обзор происхождения и механизмов | Токсикология частиц и волокон

Abstract

История вопроса

Токсичность GFN (in vivo и in vitro)

Путь введения

Пути проникновения GFN

Гемато-воздушный барьер

Гематоэнцефалический барьер

Гематотестикулярный барьер

Гемато-плацентарный барьер

Распределение и выделение GFN в тканях

Поглощение и локализация GFN в клетках

Токсичность GFN для органов

Токсичность во внутренних органах

Токсичность для центральной нервной системы

Токсичность в системе репродукции и развития

Влияние гемосовместимости

Токсичность GFN на клеточных моделях

Источники токсичности GFN

Концентрация

Латеральный размер

Структура поверхности

Заряд

Функционализация

Агрегации и седиментация

Примеси

Эффект белковой короны

Возможные механизмы токсичности GFN

Производство АФК, приводящее к окислительному стрессу

Повреждение митохондрий

Повреждение ДНК

Воспалительная реакция

Апоптоз

Аутофагия

Некроз

Эпигенетические изменения

Пробелы в данных и будущие исследования

Выводы

Сокращения

Список литературы

Благодарности

Финансирование

Доступность данных и материалов

Вклад авторов

Конкурирующие интересы

Согласие на публикацию

Одобрение этики и согласие на участие

Информация об авторе

Авторы и организации

Автор, ответственный за переписку

Права и разрешения

Об этой статье

Массовое производство графена | American Scientist

Эта статья из выпуска

май-июнь 2018

Литература