当我们谈论氧化石墨烯时我们在谈论什么

氧化石墨烯是研究最为广泛的二维材料之一，也被视为石墨烯最常见的衍生物。它由单层sp²杂化碳原子片层以及与sp³杂化碳相连的含氧基团构成，通过石墨的氧化与剥离制备而成。

鉴于GO被视为先进药物递送的有前景平台，实现可重复的制备和精确的结构控制对于使其成为目前纳米医学领域众多纳米材料的可靠替代品至关重要。

Graphene Oxide: Designing a Functional Smarter Material for Advanced Biomedicine

DOI: 10.1021/accountsmr.5c00362

鉴于此，2026年4月3日，法国斯特拉斯堡大学 Alberto Bianco教授联合冈山大学交叉学科研究所Yuta Nishina共同在Accounts of Materials Research上发表研究成果。

受这些挑战的驱动，研究者的工作聚焦于识别和控制决定GO结构与表面化学的关键参数。在过去十年中，开发了制备化学结构可控且可调的GO的方法，阐明了其主要官能团的反应活性，并建立了用治疗剂、靶向配体和成像染料对GO进行后功能化的稳健策略。

与此同时，建立了系统的方法来评估GO的生物相容性与生物可降解性，揭示了特定的物理化学特性如何影响生物反应与清除途径。这些发现共同构成了一个连接GO合成、化学修饰与生物学行为的统一框架。

研究总结 内容梳理

通过整合化学控制、功能性能与安全性评估，研究者的工作概述了一种用于合理设计基于GO的生物医学材料的连贯策略。研究者相信，本论述为GO在纳米医学中的靶向应用提供了坚实的基础，并将有助于推动其最终的临床转化。

GO可以通过化学或电化学氧化石墨前驱体制备。在不同的合成路线中，决定其性能的关键因素是：(i) 氧化程度和含氧官能团的分布，(ii) 石墨域结构的保持，以及 (iii) 横向尺寸的控制。

图1. 通过（A）化学氧化法和（B）电化学氧化法制备氧化石墨烯

以下合成-结构依赖关系指导了研究者在合成高度尺寸可控GO时的选择：较高的氧含量通常可改善水分散性和反应性；但过度氧化和基面空位形成会降低机械/电学性能，但可改善多孔结构。

化学修饰GO的另一种途径是使用特定的化学或物理处理进行还原反应。就后者而言，GO的还原沿着不同的坐标进行，受光子和热驱动。

时间分辨实验有助于阐明光子模式路径（即光诱导下的选择性脱氧和石墨域演化）与热模式路径之间的区别，从而在保持可加工性的同时，定制GO的导电性和光学性质。

图2. 热和光引发氧化石墨烯的键断裂

环氧化物开环反应可在非常温和的条件下进行：在室温下，存在强亲核试剂（如胺或硫醇衍生物）时，无需催化剂或加热即可发生。

带有伯胺的功能分子可用于此反应，例如BODIPY和用于调节活性氧生成的狄尔斯-阿尔德加成物。或者，该过程可分两步进行：先使用二胺衍生物处理，随后用目标分子对伯胺进行酰胺化。

图3. 氧化石墨烯的可控共价官能化

由于GO能够吸收近红外光，这种多功能偶联物也被赋予了光热特性，从而能够应用联合疗法，实现对癌细胞以及参与自身免疫疾病炎症过程的巨噬细胞的有效杀灭。光动力疗法也已扩展到用BODIPY衍生物共价修饰的GO体系。

图4. 叶酸和二氢卟吩e6功能化氧化石墨烯（GO-FA/Ce6）对MCF-7细胞的抗癌效果

继Alexander Star及其合作者首次报道辣根过氧化物酶降解GO的开创性工作之后，研究者证实了GO可被人髓过氧化物酶快速降解，后者是一种由活化中性粒细胞分泌的酶。这种降解作用强烈依赖于GO的分散性：只有高度分散的单层GO材料才能被快速降解。

图5. 试管模型中氧化石墨烯的生物降解

总之，本论述旨在将GO描述为一个用于生物医学应用的可调平台，其性能在很大程度上取决于GO的制备方式、GO本身的结构特性以及GO的处理方式。

在不同的合成方法中，原位分析提供了机理层面的见解，从而能够在保持或有意破坏sp²域的同时，实现对氧化过程的均匀控制。与此同时，分散处理工艺保持了GO的可及表面积，这反过来又促进了高效的表面功能化。