石墨烯：启动下一次医疗革命的关键钥匙！

伦敦帝国理工学院研究利用石墨烯坚硬且透光率高的特性，将其变为人造皮肤的原材料。研究人员目前正在尝试透过 3D 打印方式将其打造成化学改性（Chemical modification）涂层。（化学改性（Chemical modification）是指利用添加化学物质的方式来对材质进行加强与改造。）

如果某些特定人群需要感应器来感受到人造皮肤所带来的触觉的话，我们就可以利用石墨烯来制作出一种复合材料的机器，并赋予其更为敏感的压力感知。虽然目前这个东西还无法佩戴，但在未来或许就能成为可穿戴设备。人们可以把它当作义肢的一部分来灵活运用。该学院的研究人员在近几年的时间里，一直在尝试透过3D 打印技术将石墨烯制作成化学改性涂层，探究其在高灵敏度人造皮肤上的可行性。石墨烯在人造皮肤和涂层织物上的潜力很大。

研究学者运用石墨烯材料修复脊髓损伤

来自美国莱斯大学的研究团队在近期将石墨烯运用在治疗脊髓受损的实验上，更发现其结果相当惊人，居然能让脊髓严重受损的小白鼠在两个礼拜内又能够有“近乎完美的运动控制能力”。

研究学者已知的是，石墨烯拥有能够刺激神经生长的效用，而聚乙二醇（PEG）则常被用在治疗动物的脊髓损伤，但其结果能成功的比例少之又少。研究学者将此两者已知的能力结合，并利用化学的方式将 PEG 跟石墨烯结合，制作成一种成为 Texas-PEG 的有传导性结构，更能帮助两端受损的脊髓神经修复以及重新链接。

更厉害的是，这个 Texas-PEG 材料并不只是在理论上能达到 PEG 和石墨烯双方面的优点而已，研究学者将其实际应用在小白鼠的实验上，发现小白鼠受损的脊髓竟能在 24 小时以内恢复部分功能，经过两个礼拜后，其脊髓更像是已恢复全部功能，简直于正常小鼠一样能自在活动，让科学家们感到相当惊讶。

虽然目前已有许多种治疗脊髓受损的方式，像是移植、电子刺激等，但多了一种能快速且有效治疗的方式也无仿。目前，研究学者也继续追寻能将 Texas-PEG 实际运用在人体的可能性，期望未来能将其可用性广泛推广到医疗层面上。

随着资讯时代的到来，我们越发渴望新的知识、新的技术，对神经功能障碍、丧失长期记忆也越发恐惧。阿兹海默症又称脑退化症，便是大脑 β-amyloid 和 Tau 蛋白质结构异常所造成的疾病，致使认知能力与身体机能逐步恶化，最终甚至导致死亡。不过，最新的蛋白质摄像技术或许能突破过往的界限，从根本研究蛋白质结构。

正常大脑（左）与阿兹海默症患者大脑（右）

目前的蛋白质摄像使用 X 光散射晶体学（X-raycrystallography），先将蛋白质集结制成晶体后，再以 X 光散射图观察晶体之电子密度分布，最后分析得到各原子的位置与彼此的化学键强弱。

但X光散射晶体学观察的毕竟是无数蛋白质分子制成之结晶，求得的结果也只是平均值，难免不慎清晰；况且有许多蛋白质无法形成结晶，其中包括在生物体内十分重要的膜蛋白类。于是，瑞士苏黎世大学的 Longchamp 博士与其研究团队着手研发拍摄单一蛋白质影像的方法。而低能全像电子显微镜则是拍摄单一蛋白质影像的方法的主要工具。

低能全像电子显微镜的优点，在于其低能电子不伤害蛋白质，然而这些低能电子的穿透力也较弱，唯有将蛋白质溶液喷洒在石墨烯（graphene）薄层才得以观测。石墨烯是由碳原子组成的超薄材质，只有一层原子的厚度却能像塑胶一样摺叠，而且比钻石强韧，导电力优于铜与金；它的发现让 Geim 与 Novoselov 于2010 年获得诺贝尔物理奖。

有了单一蛋白质的摄像技术，在不久的未来我们将可以解析先前无法结晶的蛋白质，也能更精准地从多方面研究蛋白质构造。或许，阿兹海默症、帕金森氏症等蛋白质结构异常的疾病的研究，将因此突破至新境地，为诸多病友带来希望曙光。

生物传感是一项正在快速发展的新技术，在医学应用中，利用石墨烯作为传感器进行体外检测是重要的研究和应用方向。

石墨烯共价键修饰示意

石墨烯和其他纳米粒子相结合，作为一种传感器用于体外疾病检测已经得到了临床实验的论证。上海交通大学的科研团队在这方面取得了一定突破，他们实验论证了呼气检测和唾液检测的应用。呼出气体中的肿瘤标志物或者疾病标志物非常少量，因此对检测的灵敏度要求极高。和传统的常规检测相比，石墨烯可以使检测的灵敏度提高至少三个数量级，有些甚至可以达到单分子检测。

此前在2015年，湖北中医药大学纳米生物传感中心张国军教授团队与针灸骨伤学院王华教授团队合作，用电化学方法在针灸针的针尖表面分别沉积金纳米颗粒与石墨烯，构建纳米针灸传感针。据悉，这样的纳米针灸传感针不仅稳定性好，而且对PH敏感，对多巴胺等神经递质也有良好的检测灵敏度与选择性，可用于机体多巴胺的检测。

石墨烯还拥有极大的潜力来检测和治疗癌症。在检测方面，中国的科学家已经开发出了基于石墨烯场效晶体管的单细胞传感器，甚至能检测出单一癌细胞。而英国曼彻斯特大学研究人员发现，石墨烯氧化物可作为一种抗癌药剂来对抗特定癌细胞。配合当前的疗法，可能使肿瘤收缩，遏制癌症发展速度，以及治疗后的复发。

正常细胞和癌细胞，分别和石墨烯进行交互作用，在拉曼成像下显示出不同的活动程度

石墨烯还被广泛研究用于癌症药物的传送，这主要得益于其较大的表面积允许将大量药物传送至体内的特定区域。除了用于癌症检测和药物传送，石墨烯本身也被研究作为一种抗癌药剂。例如，利用其热传导特性将非电离的无线电波转换成热能，杀死癌细胞内的蛋白质和DNA。

当前DNA测序的重要性日益凸显，它不仅能对人类构成有更深入的了解，还能进一步了解遗传性疾病、癌症类型和人体免疫系统。而基于石墨烯的DNA测序通常需要创建一个石墨烯薄膜，将其浸入导电流体中，在一端加电让DNA分子经过石墨烯的小孔，从而让科学家读取DNA序列。该技术被称为“纳米孔DNA测序”，其特点是读取快，测序成本低。

石墨烯高通量测序

纳米医学目前尚处于初期发展阶段，同样，石墨烯在医疗市场的应用也处于早期发展阶段。但它有潜力进入许多医疗领域，并带来革命性变化。现在我们要做的是鼓励更多的研发项目，以确保将来出现更有效、更持久的预防和治疗方法。