石墨烯生物技术

　　本书全面地介绍了石墨烯生物医学应用的进展，全书共九章。首先简单介绍了石墨烯及其性质，其次对石墨烯基材料在电化学生物传感器、神经接口器件、生物成像、药物与基因递送、生物组织工程、肿瘤光热治疗、抗菌材料等方面的应用进行了系统性阐述，文末对石墨烯生物安全性方面的研究进行了综述。本书可作为高等学校材料相关专业本科高年级学生、研究生的学习用书，以及教师、科技工作者和企业专业技术人员的参考书，尤其对从事石墨烯材料研究的科研人员将具有很好的指导意义。

　　段小洁，博士、特聘研究员，北京大学工学院生物医学工程系 副主任，北京大学工学院生物医学工程系 特聘研究员。研究方向为纳米生物电子学和纳米神经技术，近年来主要集中于柔性和多模态兼容的神经电极的研制及应用。成功研制了一系列新型神经电极，包括多种柔性神经电极及其阵列、磁共振成像兼容的神经电极、以及无电伪迹的透明神经电极及其阵列等，并发展了相关电极植入技术，在神经活动记录和调制中实现了电-磁、电-光多模态的同步联用，以及神经信号的长期稳定电学记录。

1章　石墨烯及石墨烯基材料简介001
1.1 石墨烯结构003
1.2 石墨烯特性004
1.3 石墨烯的制备方法005
1.3.1 微机械剥离法006
1.3.2 碳化硅热解外延生长法007
1.3.3 化学气相沉积法008
1.3.4 有机合成法008
1.3.5 溶剂剥离法009
1.4 石墨烯基材料010
1.4.1 氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯量子点011
1.4.2 功能化修饰石墨烯011
1.4.3 掺杂石墨烯013
1.4.4 石墨烯基复合材料014
1.5 石墨烯及石墨烯基材料的生物应用015
1.5.1 大比表面积015
1.5.2 独特的表面性质016
1.5.3 独特的光学性质017
1.5.4 优越的电学性质017
1.6 总结与展望018
参考文献019
第2 章　石墨烯光电生物传感器023
2.1 简介025
2.2 石墨烯电化学传感器025
2.2.1 石墨烯电化学传感器检测原理025
2.2.2 石墨烯电化学传感器的应用027
2.3 石墨烯场效应晶体管传感器031
2.3.1 石墨烯场效应晶体管简介031
2.3.2 石墨烯场效应晶体管传感器的应用032
2.4 石墨烯表面等离激元共振传感器034
2.4.1 表面等离激元共振简介034
2.4.2 石墨烯表面等离激元共振传感器的应用035
2.5 总结与展望037
参考文献038
第3 章　石墨烯神经接口041
3.1 神经接口简介043
3.2 神经接口分类045
3.3 传统神经电极047
3.4 石墨烯场效应晶体管神经探针048
3.5 基于石墨烯薄膜的透明神经电极052
3.6 石墨烯纤维神经电极054
3.7 基于石墨烯的可拉伸电极056
3.8 基于石墨烯的磁共振成像兼容神经电极058
3.9 石墨烯角膜接触镜电极061
3.10 总结与展望062
参考文献063
第4 章　石墨烯生物成像067
4.1 简介069
4.2 用于生物成像的石墨烯基纳米材料069
4.3 石墨烯基纳米材料生物成像071
4.3.1 光学成像071
4.3.2 放射性核素成像076
4.3.3 磁共振成像078
4.3.4 光声成像080
4.3.5 计算机断层扫描081
4.3.6 多模态成像081
4.4 总结与展望082
参考文献083
第5 章　基于石墨烯的药物与基因递送089
5.1 基于石墨烯的药物递送091
5.1.1 药物控制释放载体091
5.1.2 基于石墨烯的药物递送091
5.2 基于石墨烯的基因递送098
5.2.1 基因疗法098
5.2.2 基于石墨烯的基因递送099
5.3 当前挑战与未来展望105
参考文献106
第6 章　石墨烯与生物组织工程109
6.1 引言111
6.2 石墨烯的性质与组织工程112
6.3 石墨烯与干细胞113
6.3.1 纳米材料影响干细胞命运113
6.3.2 石墨烯基平面薄膜对干细胞命运的调控114
6.3.3 图案化的二维石墨烯基底对干细胞命运的调控117
6.3.4 三维石墨烯基干细胞支架120
6.4 石墨烯材料在体组织工程的应用122
6.4.1 骨组织工程应用122
6.4.2 心脏组织工程应用123
6.4.3 神经组织工程应用125
6.4.4 其他组织工程应用126
6.5 总结与展望129
参考文献130
第7 章　石墨烯肿瘤光热治疗135
7.1 基于纳米材料的肿瘤光热治疗137
7.1.1 癌症治疗与纳米医学137
7.1.2 肿瘤的光热治疗137
7.1.3 光热治疗法常用材料139
7.2 基于石墨烯的肿瘤光热治疗140
7.2.1 基于石墨烯的肿瘤光热治疗140
7.2.2 基于石墨烯的肿瘤联合治疗142
7.2.3 基于石墨烯的医学成像引导的光热治疗144
7.2.4 石墨烯与低功率高效光热治疗145
7.2.5 石墨烯与声动力疗法146
7.2.6 总结与展望146
参考文献147
第8 章　石墨烯基抗菌材料151
8.1 有争议的石墨烯基材料的抗菌性153
8.2 与抗菌性相关的石墨烯基材料特性154
8.3 石墨烯基材料的抗菌机理158
8.3.1 通用机制158
8.3.2 石墨烯基材料分散液与石墨烯基薄膜的抗菌机制162
8.4 石墨烯基材料抗菌相关的应用162
8.4.1 石墨烯基抗菌材料的应用模式163
8.4.2 石墨烯基伤口敷料165
8.4.3 石墨烯基组织工程支架材料166
8.4.4 石墨烯基抗菌包装材料166
8.4.5 石墨烯基抗菌药物递送载体材料166
8.4.6 石墨烯基净水滤膜材料168
8.5 石墨烯基材料的抗病毒潜力169
8.6 总结与展望170
参考文献171
第9 章　石墨烯的生物安全性177
9.1 石墨烯基材料的生物效应180
9.2 动物毒性186
9.3 人类健康和生态环境188
9.4 减小危害的手段189
9.5 总结和展望190
参考文献190
索引193