氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，而厚度只有几纳米，具有两亲性，表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化学修饰，同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。另外，GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体（染料分子、量子点及上转换纳米材料）的荧光。这些特点都使GO成为制作传感器极好的基本材料[74-76]。Arben的研究中发现，将CdSe/ZnS量子点作为荧光供体，石墨、碳纤维、碳纳米管和GO作为荧光受体，以上几种碳材料对CdSe/ZnS量子点的荧光淬灭效率分别为66±17%、74±7%、7...

目前医学界面临的一个棘手的难题是对大面积骨组织缺损的修复。其中，干细胞***可能是一种很有前途的解决方案，但是在干细胞的移植过程中，需要可促进和增强细胞成活、附着、迁移和分化并有着良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯（GO）具有良好的生物相容性及较低的细胞毒性，可促进成纤维细胞、成骨细胞和间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSC）的增殖和分化[82]，同时GO还可以促进多种干细胞的附着和生长，增强其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨组织再生领域及相关领域研究人员的关注，成为组织工程研究中一种很有潜力的支架材料。GO不*可以单独作为干细胞的载体材料，还可以加...

GO作为新型的二维结构的纳米材料，具有疏水性中间片层与亲水性边缘结构，特殊的结构决定其优异的***特性。GO的***活性主要有以下几种机制：（1）机械破坏，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化应激引发的细菌/膜物质破坏；（3）包覆导致的跨膜运输阻滞和（或）细菌生长阻遏；（4）磷脂分子抽提理论。GO作用于细菌膜表面的杀菌机制中，主要是GO与起始分子反应（MolecularInitiatingEvents，MIEs）[51]的作用（图7.3），包括GO表面活性引发的磷脂过氧化，GO片层结构对细菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引发的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***机制中对...

氧化石墨烯（GO）在很宽的光谱范围内具有光致发光性质，同时也是高效的荧光淬灭剂。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光学性质和多样化的可修饰性，为石墨烯在光学、光电子学领域的应用提供了一个功能可调控的强大平台[6]，其在光电领域的应用日趋***。氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）应用于光电传感，主要是作为电子给体或者电子受体材料。作为电子给体材料时，利用的是其在光的吸收、转换、发射等光学方面的特殊性质，作为电子受体材料时，利用的是其优异的载流子迁移率等电学性质。本书前面的内容中对氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）的电学性质已经有了比较详细的论述，本章在介绍其在光电领域的应用之前，首...

光电器件是在微电子技术基础上发展起来的一种实现光与电之间相互转换的器件，其**是各种光电材料，即能够实现光电信息的接收、传输、转换、监测、存储、调制、处理和显示等功能的材料。光电传感器件指的是能够对某种特征量进行感知或探测的光电器件，狭义上*指可将特征光信号转换为电信号进行探测的器件，广义而言，任何可将被测对象的特征转换为相应光信号的变化、并将光信号转换为电信号进行检测、探测的器件都可称之为光电传感器。静电作用的强弱与氧化石墨烯表面官能团产生的负电荷相关。附近哪里有氧化石墨常见问题氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明...

解决GO在不同介质中的解理和分散等问题是实现GO广泛应用的重要前提。此外，不同的应用体系往往要不同的功能体现和界面结合等特征，故而要经常对GO表面进行修饰改性。GO本身含有丰富的含氧官能团，也可在GO表面引入其他功能基团，或者利用GO之间和GO与其它物质间的共价键或非共价键作用进行化学反应接枝其他官能团。由于GO结构的不确定性，以上均属于一大类复杂的GO化学，导致采用化学方式对GO进行修饰与改性机理复杂化，很难得到结构单一的产品。尽管面临诸多难以解释清楚的问题，但是对GO复合材料优异性能的期望使得非常必要总结对GO进行修饰改性的常用方法和技术，同时也是氧化石墨烯相关材料应用能否实现稳定、可控规...

氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在光电传感领域的应用，其基本依据是本章前面部分所涉及到的各种光学性质。氧化石墨烯因含氧官能团的存在具备了丰富的光学特性，在还原为还原氧化石墨烯的过程中，不同的还原程度又具备了不同的性质，从结构方面而言，是其SP2碳域与SP3碳域相互分割、相互影响、相互转化带来了如此丰富的特性。也正是这些官能团的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各种基于溶液的方法适应多种场合的需要，克服了CVD和机械剥离石墨烯在转移和大面积应用时存在的缺点，也正是这些官能团的存在，使其便于实现功能化修饰，为其在不同场景的应用提供了一个广阔的平台。常州第六元素公司可以生产多个型号的氧化石墨。附近哪里有氧...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分结...

氧化石墨烯（GO）与石墨烯的另一个区别是在吸收紫外/可见光后会发出荧光。通常可以在可见光波段观测到两个峰值，一个在蓝光段（400-500nm），另一个在红光段（600-700nm）。关于氧化石墨烯发射荧光的机理，学界仍有争论。此外，氧化石墨烯的荧光发射会随着还原的进行逐渐变化，在轻度化学还原过程中观察到GO光致发光光谱发生红移，这一发现与其他人观察到的发生蓝移的现象相矛盾。这从另一个方面说明了氧化石墨烯结构的复杂性和性质的多样性。静电作用的强弱与氧化石墨烯表面官能团产生的负电荷相关。常州生产氧化石墨GO/RGO在光纤传感领域会有越来越多的应用，其基本的原理是利用石墨烯及氧化石墨烯的淬灭特性、分...

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小，Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管（SWCNT），氧化石墨烯片层间的距离明显增加，水通量可达到6600-7200L/（m2.h.MPa），大约是传统纳滤膜水通量的100倍，对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明，GO膜在干燥状态下是真空压实的，但作为分子筛浸入水中后，能够阻挡所有水合半径大于0.45nm的离子，半径小于0.45nm的离子渗透速率比自...

多层氧化石墨烯（GO）膜在不同pH水平下去除水中有机物质的系统性能评价和机理研究。该研究采用逐层组装法制备了PAH/GO双层膜，对典型单价离子（Na+，Cl-）和多价离子（SO42-，Mg2+）以及有机染料（亚甲蓝MB，罗丹明R-WT）和药物和个人护理品（三氯生TCS，三氯二苯脲TCC）在反渗透膜系统中通过GO膜的行为进行研究。结果发现，在pH=7时，无论其电荷、尺寸或疏水性质如何，GO膜能够高效去除多价阳离子/阴离子和有机物，但对于单价离子的去除率较低。传统的纳滤膜通常带负电，且只能去除带有负电荷的多价离子和有机物。随着pH的变化，GO膜的关键性质（例如电荷，层间距）发生***变化，导致不同...

工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放，其中包括酚类、油污、***、农药和腐植酸等有机物，这些污染物在制药，石化，染料，农药等行业的废水中***检测到。许多研究集中在从水溶液中有效去除这些有毒污染物，如光催化，吸附和电解54-57。在这些方法中，由于吸附技术低成本，高效率和易于操作，远远优于其他技术。与传统的膜材料不同，GO作为碳质材料与有机分子的相互作用机理差异很大。新的界面作用可在GO膜内引入独特的传输机制，导致更有效地从水中去除有机污染物。石墨烯和GO对有机物的吸附机理的研究表明，疏水作用、π-π键交互作用、氢键、共价键和静电相互作用会影响石墨烯和GO对有机物的吸附能力。氧化石...

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3nm。石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小有差异。氧化石墨导电多层氧化石墨烯（GO）膜在不同pH水平下去除水中有机物质的系统性...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分结...

GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨分化。如用携带正电荷NH3+的GO（GO-NH3+）和携带负电荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替层叠使其**外层为GO-COOH-，以这种GO作为载体，携带骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和P物质（SP）附着到钛（Ti）种植体上，结果以Ti为基底，表面覆盖GO-COOH-，携带BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）种植体周围的新骨生成量要明显多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。这证明GO可以同时携带BMP-2和SP到达局部并缓慢释放，增加局部BMP-2和SP的有效剂量且发挥生物活性作用[89,90]...

在氧化石墨烯的纳米孔道中，分布着氧化区域和纳米sp2杂化碳区域，水分子在通过氧化区域时能够与含氧官能团形成氢键，从而增加了水流动阻力，而在杂化碳区域水流阻力很小。芳香碳网中形成的大多数通路被含氧官能团有效阻挡，从而分离海水中Na+和Cl-等小分子物质12,13。相比于其他纳米材料，GO为快速水输送提供了较多优越性能，如光滑无摩擦的表面，超薄的厚度和超高的机械强度，所有这些特性都提高了水的渗透性。前超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜技术，已经成功地应用到水处理的各个领域，引起越来越多的企业家和科学家的关注8-11。GO薄膜在海水淡化领域的应用主要是去除海水中的盐离子，探究GO薄膜的离子传质行为具有更为...

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用，特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009年,Xia等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器（MGPD）[2]，如图9.6，以1-3层石墨烯作为有源层，Ti/Pd/Au作源漏电极，Si作为背栅极并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

在推动以氧化石墨烯为载体的新药进入临床试验前，势必会面临诸多挑战：（1）优化氧化石墨烯的制备方法及生产工艺，使其具有可重复性，并能精确控制氧化石墨烯的尺寸和质量；（2）比较好使用剂量的摸索，找到以氧化石墨烯为载体的***疗效和毒性之间的平衡点；（3）其他表面修饰剂的开发，需具有良好生物相容性且修饰后的氧化石墨烯能在短时间内被生物体***；（4）毒理学方法的进一步规范，系统阐明以氧化石墨烯为载体***的潜在毒性；（5）体内外模型的建立，***评价氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地转化到临床。此外，以氧化石墨烯为载体的***在大规模工业化生产和应用时，还需考虑到对人体和环境的不利影响，是否...

在氧化石墨烯的纳米孔道中，分布着氧化区域和纳米sp2杂化碳区域，水分子在通过氧化区域时能够与含氧官能团形成氢键，从而增加了水流动阻力，而在杂化碳区域水流阻力很小。芳香碳网中形成的大多数通路被含氧官能团有效阻挡，从而分离海水中Na+和Cl-等小分子物质12,13。相比于其他纳米材料，GO为快速水输送提供了较多优越性能，如光滑无摩擦的表面，超薄的厚度和超高的机械强度，所有这些特性都提高了水的渗透性。前超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜技术，已经成功地应用到水处理的各个领域，引起越来越多的企业家和科学家的关注8-11。GO薄膜在海水淡化领域的应用主要是去除海水中的盐离子，探究GO薄膜的离子传质行为具有更为...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。虽然GO具有诸多...

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了较高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有较高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成方法不同，因此导致所...

氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，即活性氧。大量的实验研究已经确认细胞经不同浓度的GO处理后，都会增加细胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通过商业化的无色染料染色后利用流式细胞仪或荧光显微镜检测到。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。氧化应激反应不*与GO的浓度[17,18]有关，还与GO的氧化程度[19]有关。如将蠕虫分别置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修饰的GO溶液中，GO会引起蠕虫细胞内活性氧的积累，其活性氧分别增加59.2%和75.3%。氧化石墨...

（1）将GO作为荧光共振能量转移的受体，构建荧光共振能量转移型氧化石墨烯生物传感器，用于检测各种生物分子。（2）可以将一些抗体键合在GO表面，构建成抗体型氧化石墨烯传感器，通常是将GO作为荧光共振能量转移或化学发光共振能量转移的受体，以此来检测抗原物质；或者利用GO比表面积较大能结合更多抗体的特点，将检测信号进行进一步放大。（3）构建多肽型氧化石墨烯传感器。因为GO是一种边缘含有亲水基团（-COOH，-OH及其他含氧基团）而基底具有高疏水性的两性物质，当多肽与GO孵育时，多肽的芳环和其他疏水性残基与GO的疏水性基底堆积，同时二者部分残基之间也会存在静电作用，这样多肽组装在GO上形成了多肽型氧化...

氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，即活性氧。大量的实验研究已经确认细胞经不同浓度的GO处理后，都会增加细胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通过商业化的无色染料染色后利用流式细胞仪或荧光显微镜检测到。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。氧化应激反应不*与GO的浓度[17,18]有关，还与GO的氧化程度[19]有关。如将蠕虫分别置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修饰的GO溶液中，GO会引起蠕虫细胞内活性氧的积累，其活性氧分别增加59.2%和75.3%。GO制备...

由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如，血液中存在着大量的血清蛋白，可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性，抑制了GO对细胞膜的破坏，同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析，他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时，GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现，特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此，GO与血清蛋白之间是相互影响的。石墨烯在可见光范围内的光吸收系数...

工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放，其中包括酚类、油污、***、农药和腐植酸等有机物，这些污染物在制药，石化，染料，农药等行业的废水中***检测到。许多研究集中在从水溶液中有效去除这些有毒污染物，如光催化，吸附和电解54-57。在这些方法中，由于吸附技术低成本，高效率和易于操作，远远优于其他技术。与传统的膜材料不同，GO作为碳质材料与有机分子的相互作用机理差异很大。新的界面作用可在GO膜内引入独特的传输机制，导致更有效地从水中去除有机污染物。石墨烯和GO对有机物的吸附机理的研究表明，疏水作用、π-π键交互作用、氢键、共价键和静电相互作用会影响石墨烯和GO对有机物的吸附能力。氧化石...

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小，Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管（SWCNT），氧化石墨烯片层间的距离明显增加，水通量可达到6600-7200L/（m2.h.MPa），大约是传统纳滤膜水通量的100倍，对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明，GO膜在干燥状态下是真空压实的，但作为分子筛浸入水中后，能够阻挡所有水合半径大于0.45nm的离子，半径小于0.45nm的离子渗透速率比自...

氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注，其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础，但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先，氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，会***影响其在体内外的生物相容性，导致研究结果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论，需要综合多方面的因素进行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度，其***机理需要进一步的研究。***，氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞／体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环...

GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨分化。如用携带正电荷NH3+的GO（GO-NH3+）和携带负电荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替层叠使其**外层为GO-COOH-，以这种GO作为载体，携带骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和P物质（SP）附着到钛（Ti）种植体上，结果以Ti为基底，表面覆盖GO-COOH-，携带BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）种植体周围的新骨生成量要明显多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。这证明GO可以同时携带BMP-2和SP到达局部并缓慢释放，增加局部BMP-2和SP的有效剂量且发挥生物活性作用[89,90]...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。将氧化石墨暴露在...