功能化氧化石墨烯的细胞相容性
功能化氧化石墨烯携带PD-L1_siRNA抑制肝癌细胞的恶性生物学行为

激光生物学报ACTA LASER BIOLOGY SINICAVol. 32 No. 4Aug . 2023第32卷第4期2023年8月收稿日期:2023-05-05;修回日期:2023-05-29。
基金项目:湖南省研究生科研创新项目(QL 20210136);2021年湖南省企业科技特派员项目(2021GK 5015);湖南省自然科学基金面上项目(2021JJ 30453);国家自然科学基金面上项目(81872256)。
作者简介:李志伟,博士研究生。
∗ 通信作者:李立民,讲师,主要从事生物材料与医用电子学方面的研究。
E-mail: fblwlee@ 。
功能化氧化石墨烯携带PD -L1 siRNA 抑制肝癌细胞的恶性生物学行为李志伟a ,单丽红a ,刘曦冉a ,闵 洋a ,丁小凤a ,李立民b*(湖南师范大学 a. 生命科学学院基因功能与调控研究室;b. 工程与设计学院,长沙 410081)摘 要:程序性死亡受体1(PD-1)/程序性死亡配体1(PD-L 1)信号通路主要参与免疫负调控作用,且在许多类型的肿瘤的恶性发展中具有关键作用。
PD-L 1的高表达可促进肝细胞癌(HCC )的侵袭,提高肿瘤复发的风险。
另外,PD-L 1常作为免疫检查点的阻断靶点,主要通过单抗将其中和,引发抗肿瘤免疫反应。
因此,PD-L 1是HCC 免疫治疗中极具潜力的靶点之一。
本文主要探究纳米级功能化氧化石墨烯(GO-PEI-PEG )携带PD-L1 siRNA 对肝癌细胞的恶性生物学行为的影响。
研究结果显示,将GO-PEI-PEG/PD-L1 siRNA 转染至MHCC 97H 细胞后,细胞的增殖和迁移均被抑制,细胞周期阻滞在G 1期,且细胞凋亡的数目增多。
进一步研究发现,GO-PEI-PEG/PD-L1 siRNA 对MHCC 97H 细胞的抑制作用是通过阻碍AKT 信号通路激活实现的。
这些试验结果表明,GO-PEI-PEG 具备优秀的递送性能,携带PD-L1 siRNA 可有效干扰PD-L 1表达,进而抑制肝癌细胞的恶性生物学行为,这为治疗HCC 提供了更安全、有效的递送新策略。
功能化氧化石墨烯基混合基质膜分离CO2气体的研究进展

总763期第二十九期2021年10月河南科技Henan Science and Technology功能化氧化石墨烯基混合基质膜分离CO2气体的研究进展李鑫宇刘英霞尹森虎刘思源(华北水利水电大学,河南郑州450045)摘要:氧化石墨烯独特的二维结构在气体分离膜领域引起了研究者们的广泛关注,将氧化石墨烯与不同聚合物基质掺杂制备的混合基质膜可对不同大小的气体分子进行筛分。
氧化石墨烯表面具有丰富的含氧基团,可为其表面修饰和改性提供活性位点,从而引入各种功能性物质。
对氧化石墨烯进行功能化改性,能有效避免氧化石墨烯层间堆积并提高其在溶剂及聚合物基体中的分散性,从而获得更好的界面相容性和气体分离性能。
介绍共价和非共价两种功能化氧化石墨烯基混合基质膜在CO2气体分离中的应用。
关键词:功能化氧化石墨烯;混合基质膜;CO2气体分离;界面相容性中图分类号:TQ127.1;O613.71文献标识码:A文章编号:1003-5168(2021)29-0120-04 Research Progress on Separation of CO2Gas by FunctionalizedGraphene Oxide Based Mixed Matrix MembraneLI Xinyu LIU Yingxia YIN Senhu LIU Siyuan(North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan450045)Abstract:The unique two-dimensional structure of Graphene Oxide has attracted extensive attention in the field of gas separation membrane.Mixed Matrix Membranes(MMMs)prepared by doping graphene oxide with different poly⁃mer matrices can screen gas molecules of different sizes.The surface of graphene oxide has abundant oxygen-contain⁃ing groups,which can provide active sites for the surface decoration and modification of GO,thereby introducing vari⁃ous functional substances.Functional modification of graphene oxide can effectively avoid the interlayer accumula⁃tion of graphene oxide and improve its dispersibility in the solvent and polymer matrix,so as to obtain better interface compatibility and gas separation performance.To introduce the application of covalent and non-covalent functional⁃ized graphene oxide-based mixed matrix membranes in CO2gas separation.Keywords:functionalized graphene oxide;mixed matrix membrane;CO2gas separation;interface compatibility随着全球气候变化形势日益严峻,碳达峰和碳中和是中国作为发展中大国积极应对气候变化的目标和愿景。
探究石墨烯及其衍生物在中医药中的应用钟鹏

探究石墨烯及其衍生物在中医药中的应用钟鹏发布时间:2021-09-08T01:46:39.858Z 来源:《中国科技人才》2021年第14期作者:钟鹏[导读] 分析了石墨烯及其衍生物对中医药科研和临床应用的巨大推动作用,并对其在中医药领域的应用发展前景进行了展望。
陕西国际商贸学院摘要:本文对石墨烯及其衍生物在中医药领域中诊疗、药剂等方向的应用概况,分析了石墨烯及其衍生物对中医药科研和临床应用的巨大推动作用,并对其在中医药领域的应用发展前景进行了展望。
关键词:石墨烯;衍生物;中医药;应用生物医用材料是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织和器官的新材料。
其与药物结合后有助于实现药物的功能,既是研究医疗器械和人工器官的基础,也是捍卫人类健康的必用之物。
石墨烯及其衍生物具有优异的性能,成为当前倍受医药研究者关注的生物医用材料。
这里,石墨烯是指单层石墨烯和多层石墨烯,而石墨烯衍生物是指氧化石墨烯和功能化石墨烯。
石墨烯及其衍生物具有很高的比表面积、较高的亲水性、优良的表面特性、殊的光学性能、较高的生物相容性、较低的细胞毒性,在电化学传感器和光学生物传感器、药物递送、光动力疗法和光热疗法、生物成像、组织工程材料和抗菌剂等方面均被广泛应用。
一、在中医诊疗中的应用1、在四诊之脉诊中的应用有效治疗的关键是探究疾病的症结,精准医疗与智能化医疗技术的发展,使现代西医能够借助精密仪器透视病灶、量化病症。
但是由于条件不具备,中医的先祖们只能对此憧憬,这在古代中国的史料和传说中常有体现。
在关于扁鹊的传说中就有“透视”的故事,称其身怀特异功能,可透视人的五脏六腑,借此对症下药。
迄今为止,中医已初步实现了诊疗智能化。
四诊——望、闻、问、切——是中医最主要的诊疗技术,注重对人体的微妙变化进行感知和收集。
而人工智能的应用,促使四诊向精细化、多元化和智能化方向发展。
面诊仪和舌诊仪之于望诊,空气动力学方法、频谱分析方法、声图仪方法、红外光谱和气相色谱法之于闻诊,中医专家系统之于问诊,B超、多普勒技术及相关技术集成和远程脉诊技术之于切诊。
石墨烯对细胞生长和分化的影响研究

石墨烯对细胞生长和分化的影响研究石墨烯是一种由碳原子构成的六元环的平面晶体。
它的结构分为单层和多层,是一种具有独特物理和化学性质的材料,具有高导电性、高导热性、高强度和高透明度等特性。
石墨烯已经成为了材料科学和化学领域的研究热点,其在生物领域的研究也引起了广泛关注。
近年来,越来越多的研究表明,石墨烯对于细胞生长和分化有着积极的影响。
首先,石墨烯可以促进细胞增殖。
一些研究表明,将石墨烯纳米片添加到培养基中,可以显著促进细胞增殖。
其中,石墨烯纳米片能够通过增加细胞外基质蛋白质的表达和调节细胞内信号通路来促进细胞增殖。
此外,由于石墨烯具有出色的生物相容性和低毒性,它在组织工程和再生医学等领域有着广泛的应用前景。
其次,石墨烯可以促进细胞分化。
有研究表明,将石墨烯添加到干细胞培养基中,可以显著促进干细胞向神经细胞、肝细胞等细胞类型的分化。
这主要是由于石墨烯能够模拟生物细胞的生理和生化环境,提高细胞的分化率和分化质量。
同时,石墨烯还可以通过调控细胞内信号和代谢途径等机制来促进细胞分化。
最后,石墨烯还可以促进细胞黏附。
细胞黏附是细胞与基质之间相互作用的重要过程,对细胞的生存、增殖和分化等过程具有重要意义。
石墨烯具有高度的表面积和表面能,可以提供优异的细胞黏附表面,并且能够增加细胞外基质蛋白质的表达,对于细胞的黏附和迁移都有积极的促进作用。
总的来说,石墨烯对于细胞生长和分化具有积极的影响。
虽然目前石墨烯在生物领域的应用还处于起步阶段,但是随着研究的深入,其在生物医学、组织工程等领域的应用前景仍然非常广阔。
但是在应用中,还需要进一步研究石墨烯的生物相容性和毒性,以确保其在生物领域的安全应用。
功能化氧化石墨烯的细胞相容性(英文)

聚 乙二 醇( E 使其在细胞培养 液 中可溶并 能稳 定保存. P G) 采用透射 电镜 (E 、 T M)傅里 叶变换 ̄# (T R 光谱和 bF I )
( e a oaoyo ls r cec Miir E u ainS h o P y i , e i si t o Tc n l y B in 0 0 1 yL b rtr K fC ut ine eS f o ns yo d ct , co lf hs sB in I tue eh oo , e i 10 8 t f o o c j gn t f g jg 户 R C ia K yL b rtrf r imeia fc N n m t ila d n s e , hns c dm S i cs . hn ; e a oaoy o o dcl f to a o ae as n oa t C iee a e yo c n e, B E e sf r Na f y A f e
h g l o u l d i c r l s o c t t x ct oA5 9 c l , i h s g e t r a t n i l o h s f i h y s l b e an u mo tn y o o ii t 4 e l wh c u g s g e t n a y s a po e t r e u e o a f t
NGO a iu i me c I p l a i n . i v r sbo n o dia p i t s a c o
s e t s op 。 d z t o e t l alz r Ce l i b ly s u i s s o t a p c r c y an e a p t n i o a an y e . lv a i t d e h w h tPEG- df d NGO a il s ar i t mo ie i p r ce e t
《基于氧化石墨烯功能化光纤实现血红蛋白生物传感》

《基于氧化石墨烯功能化光纤实现血红蛋白生物传感》一、引言在生物医学和生物传感器技术领域,对于血红蛋白的检测至关重要。
血红蛋白(Hb)是红细胞内主要的氧气载体,其浓度水平反映了机体的氧气供给状况和可能的健康风险。
随着科技进步和医疗设备的快速发展,生物传感器已经成为检测血红蛋白的重要工具。
本文将介绍一种基于氧化石墨烯功能化光纤实现血红蛋白生物传感的新方法。
二、氧化石墨烯与光纤技术氧化石墨烯是一种具有独特二维结构的纳米材料,其大的比表面积、优异的电子传输性能和良好的生物相容性使其在生物传感器领域具有广泛应用。
光纤技术则以其高灵敏度、抗干扰能力强和远程传输等优点,在生物传感领域具有重要地位。
将氧化石墨烯与光纤技术相结合,可以构建出高灵敏度、高选择性的生物传感器。
三、氧化石墨烯功能化光纤的制备本研究所用的氧化石墨烯功能化光纤,是通过将氧化石墨烯涂覆在光纤表面,形成一层具有生物相容性和电化学活性的薄膜。
这一过程不仅保留了氧化石墨烯的优异性能,还增强了光纤与生物分子的相互作用,提高了传感器的灵敏度和选择性。
四、血红蛋白生物传感器的构建与工作原理血红蛋白生物传感器的构建过程主要包括以下步骤:首先,将氧化石墨烯功能化光纤浸入含有血红蛋白的溶液中,使血红蛋白吸附在光纤表面;然后,通过电化学或光学等方法检测血红蛋白与光纤之间的相互作用,从而实现对血红蛋白的检测。
工作原理方面,当血红蛋白与氧化石墨烯功能化光纤相互作用时,会引起光纤表面电子状态的变化,这种变化可以通过光纤传输的光信号或电信号进行检测。
由于血红蛋白的浓度与信号变化之间存在线性关系,因此可以通过测量信号变化来推算出血红蛋白的浓度。
五、实验结果与分析实验结果表明,基于氧化石墨烯功能化光纤的血红蛋白生物传感器具有高灵敏度、高选择性和良好的稳定性。
在实验条件下,该传感器能够快速、准确地检测出血红蛋白的浓度,且具有良好的抗干扰能力。
此外,该传感器还具有制备过程简单、成本低廉等优点,为其在临床诊断、疾病监测等领域的应用提供了可能。
石墨烯的功能化研究进展石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的教授
石墨烯的功能化研究进展石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的教授安德烈•海姆等报道后,以其独特的性能引起了科学家的广泛关注,被预测在许多领域引起革命性变化。
但石墨烯在应用方面,还面临着一个重要的挑战,就是如何实现其可控功能化。
为了充分发挥其优良性质,必须对石墨烯进行有效的功能化。
功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。
因此本文将重点介绍石墨烯非共价键、共价键、及掺杂功能化领域的最新进展,并对今后石墨烯功能化的研究方向进行了展望。
一、石墨烯非共价键功能化1.一相互作用石墨烯中的碳原子通过sp杂化形成高度离域的n电子,这些n 电子与其它具有大n共轭结构物质可通过一相互作用相结合,使石墨烯实现良好的分散,此方法在石墨烯的非共价键功能化中应用最为普遍。
She 等研究了石墨烯与聚苯乙烯基体在熔融状态下的相互作用,研究发现这两种物质的相互作用明显增强,其归因于在熔融状态下石墨烯与聚苯乙烯强的相互作用,从而为大量制备这种复合物提供了条件。
进一步研究发现,这种复合物在一些溶剂中表现出良好的溶解性,并且复合物中的苯乙烯链可以有效防止石墨烯薄片聚集,表现出均匀的分散性和优异的电性能。
Zhang 等通过—作用制备了多壁碳纳米管与氧化石墨烯的复合物。
他们将碳纳米管与氧化石墨烯超声混合后,离心去除少量不溶物就得到稳定存在的复合物溶液。
2.亲分子与石墨烯之间的相互作用双亲分子在溶液表面能定向排列,它的分子结构中一端为亲水基团,一端为憎水基团。
表面活性剂与石墨烯结合时,它的憎水基团与石墨烯会通过疏水作用相结合,另一端暴露在外面与水亲和,因此石墨烯就会通过与表面活性剂的结合而溶于水中。
魏伟等, 通过测试石墨烯分散液的吸光度,比较了几种表面活性剂分散石墨烯的能力。
经研究发现聚乙烯吡咯烷酮这种“色” 、低成本的表面活性剂,具有很好的分散能力。
通过提高聚乙烯毗咯烷溶液浓度,可以得到浓度高达1.3mg /mL 的石墨烯分散液,这种高浓度石墨烯分散液可以在气液界面自组装得到石墨烯膜,这种无支撑石墨烯膜具有平整的表面和规则的结构,在很多领域都有良好的潜在应用价值。
功能化氧化石墨烯作为基因和抗肿瘤药物纳米载体的制备及性能研究
中 图分 类 号
Pr e p ar a t i o n a n d c ha r a c t e r i z a t i o n o f f unc t i o n al gr a phe ne o x i de a s na n oc ar r i e r s f o r g e n e s a nd a nt i -t umor
摘要 目的 : 制备乳糖酰化 壳聚糖修饰 的氧化石墨烯季铵 盐( G O — L C O + ) , 作 为基 因和抗肿瘤 药物载体 。方法 : 采用 E D C / N HS 催 化法制备乳糖酰化 壳聚糖 , 并连接 到氧化石墨烯( G O) 上, 再用 2 , 3 一 环氧丙基三 甲基氯化铵将其季铵化 , 制备 G O — L C O + 。采用红 外光谱 ( I R) 、 电位及 纳米粒度分析仪 、 原子力显微镜( A F M) 等方法对 G O — L C O 的结构和形 态进行表征 。然后通过非共价键将抗
i t t o g r a p h e n e o x i d e ( G O ) , i f n a l l y l a c t o s e a c y l a t e d c h i t o s a n mo d i i f e d g r a p h e n e o x i d e q u a t e r n a r y a m m o n i u m s a h( G O - L C O  ̄ ) w e r e p r e p a r e d w i t h 2 , 3 - e p o x y p r o p y l t r i m e t h y l a m m o n i u m c h l o i r d e . I n f r a r e d s p e c t r o s c o p y( I R ) , l a s e r p a r t i c l e s i z e a n a l y z e r a n d a t o m i c f o r c e mi c r o s c o p e
氧化石墨烯表面功能化修饰
氧化石墨烯表面功能化修饰一、本文概述随着纳米科技的快速发展,石墨烯及其衍生物在多个领域展现出了巨大的应用潜力。
其中,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)作为一种重要的石墨烯衍生物,因其独特的物理化学性质,如良好的水溶性、易于表面修饰等,受到了广泛关注。
本文旨在深入探讨氧化石墨烯的表面功能化修饰技术,旨在通过对表面修饰方法的详细分析,理解其如何改善氧化石墨烯的性能,拓展其应用范围,以及在未来科技领域可能发挥的重要作用。
我们将从氧化石墨烯的基本性质出发,介绍其制备方法,重点阐述表面功能化修饰的原理、方法和应用实例,以期为相关领域的科研工作者和技术人员提供有价值的参考信息。
二、氧化石墨烯的制备方法氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)的制备是石墨烯化学修饰和功能化的前提。
目前,常用的氧化石墨烯制备方法主要包括Brodie法、Staudenmer法和Hummers法。
其中,Hummers法因其反应条件温和、产物质量高、安全性好等优点而被广泛应用。
Hummers法通常使用石墨粉、浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾作为原料,通过控制反应温度和时间,将石墨粉氧化成氧化石墨烯。
该过程中,高锰酸钾在浓硫酸的作用下,与石墨粉发生氧化还原反应,生成氧化石墨烯。
同时,硝酸钠作为氧化剂,可以提高氧化反应的效率和产物的氧化程度。
在Hummers法制备氧化石墨烯的过程中,反应温度的控制至关重要。
一般来说,反应温度应保持在0℃左右,以防止反应过于剧烈,导致产物质量下降。
反应时间的控制也是影响产物质量的重要因素。
通常,反应时间需要控制在几小时到十几小时之间,以确保石墨粉被充分氧化。
制备得到的氧化石墨烯需要经过洗涤、离心和干燥等后续处理,以去除残余的酸和其他杂质。
洗涤过程中,可以使用稀盐酸或去离子水多次洗涤,直至洗涤液呈中性。
离心操作则用于分离氧化石墨烯沉淀和洗涤液,以获得较为纯净的氧化石墨烯。
将离心得到的氧化石墨烯在真空或惰性气氛下干燥,即可得到最终的氧化石墨烯产物。
氧化石墨烯的优势及应用
氧化石墨烯的优势及应用氧化石墨烯是指石墨烯表面被氧化处理后的产物,具有一定的氧含量。
相比于纯石墨烯,氧化石墨烯具有一些优势,并有广泛的应用。
首先,氧化石墨烯具有良好的可分散性。
由于石墨烯的特殊结构,纯石墨烯很难与溶剂相溶,在应用中难以进行涂覆或制备薄膜等处理。
而氧化石墨烯由于表面带有氧官能团,使其在水和有机溶剂中具有良好的分散性,可以方便地制备出各种形态的石墨烯复合材料。
其次,氧化石墨烯具有较好的生物相容性。
石墨烯具有优异的导电性和导热性,因此在生物领域有广泛的应用前景。
然而,纯石墨烯的应用受到其在体内难以降解的限制。
而经过氧化处理后的石墨烯表面带有氧官能团,使其亲水性增加,更易于与生物体中的水分子相互作用,提高了其在体内的生物相容性。
此外,氧化石墨烯还具有良好的化学活性。
经过氧化处理后,石墨烯上的氧官能团可以与其他化学物质发生反应,进一步改变其性质和功能。
例如,通过在氧化石墨烯上引入氮原子,可以制备出氮化石墨烯,具有类似半导体的电学性能,扩展了石墨烯的应用领域。
氧化石墨烯在许多领域都有广泛的应用。
首先,在能源领域,氧化石墨烯作为电极材料具有优异的导电性和电化学性能,被用于锂离子电池、超级电容器和燃料电池等设备中,提高其电化学性能。
其次,在催化领域,氧化石墨烯也具有良好的应用潜力。
氧化石墨烯的氧官能团可以提供丰富的官能团位点,用于催化反应的活性中心。
例如,氧化石墨烯可以被用作催化剂载体,将金属纳米颗粒固定在其表面,提高催化反应的活性和选择性。
此外,氧化石墨烯还在传感器、生物医药、柔性电子器件等领域有广泛的应用。
石墨烯具有高度的表面积、良好的生物相容性和导电性,使其成为制备生物传感器和柔性电子器件的理想材料。
通过在氧化石墨烯上修饰特定功能的官能团,可以实现对生物分子或环境污染物的高灵敏检测。
总之,氧化石墨烯具有可分散性好、生物相容性高和化学活性强等优势,被广泛应用于能源储存、催化、传感器等领域。
随着对石墨烯材料理解的深入和研究的不断推进,相信氧化石墨烯和其他功能化石墨烯材料的应用前景还会进一步拓展。
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[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.⁃Chim.Sin .2012,28(6),1520-1524JuneReceived:November 25,2011;Revised:March 11,2012;Published on Web:March 13,2012.∗Corresponding authors.YANG Rong,Email:yangr@;Tel:+86-10-82545616.HENG Cheng-Lin,Email:hengcl@.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20911130229,21073047)and Main Direction Program of Knowledge Innovation of Chinese Academy of Sciences,China (KJCX2.YW.M15).国家自然科学基金(20911130229,21073047)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(KJCX2.YW.M15)资助ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB 201203131功能化氧化石墨烯的细胞相容性张晓1,2杨蓉2,*王琛2衡成林1,*(1北京理工大学物理学院,教育部簇科学重点实验室,北京100081;2国家纳米科学中心,中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室,北京100190)摘要:采用改进的Hummers 方法制备了纳米尺度的氧化石墨烯.对氧化石墨烯的表面进行羧基化,并连接上聚乙二醇(PEG)使其在细胞培养液中可溶并能稳定保存.采用透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和zeta 电位测量等对修饰后的氧化石墨烯的结构和功能进行了表征.体外细胞实验表明PEG 修饰的氧化石墨烯在水中具有良好的可溶性,对A549细胞没有明显的毒性,在生物医药领域具有潜在的应用价值.关键词:氧化石墨烯;纳米材料;生物相容性;表面功能化中图分类号:O645Cell Biocompatibility of Functionalized Graphene OxideZHANG Xiao 1,2YANG Rong 2,*WANG Chen 2HENG Cheng-Lin 1,*(1Key Laboratory of Cluster Science of Ministry of Education,School of Physics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,P .R.China ;2Key Laboratory for Biomedical Effects of Nanomaterials and Nanosafety,Chinese Academy of Sciences,National Center for Nanoscience and Technology,Beijing 100190,P .R.China )Abstract:We report on synthesis of nanoscale graphene oxide (NGO)by modified Hummers ’method.Synthesized NGO particles were surface functionalized by attaching carboxylic acid and polyethylene glycol groups to render them soluble in cell culture medium.The structures and properties of functionalized NGO were characterized by transmission electron microscopy (TEM),Fourier transform infrared (FTIR)spectroscopy,and zeta potential analyzer.Cell viability studies show that PEG-modified NGO particles are highly soluble and incur almost no cytotoxicity to A549cells,which suggest a great potential for the use of NGO in various biomedical applications.Key Words:Graphene oxide;Nanomaterials;Biocompatibility;Surface functionalization1IntroductionGraphene,a single layer of carbon atoms with excellent ther-mal,mechanical,and electrical properties,has attracted consid-erable attention in recent years.1-3Graphene oxide (GO)4-10is one of the most important graphene derivatives which contains aromatic regions randomly interspersed with oxidized aliphatic rings.These oxidized rings containing epoxide (C ―O ―C)and hydroxyl (C ―OH)groups,and the GO sheets terminated with both carbonyl (C =O)and carboxylic acid (―COOH)groups 5-7can provide reactive sites for chemical modification to obtain new derivatives for biology application.8-10It is known that many pharmaceutical ingredients are poorly solu-ble in water.As a result,their clinical applications are seriously influenced.Therefore,finding a nanoscale drug carrier is criti-cal in biology application.Recently,researchers started to ex-plore the ability of GO in attachment and delivery of aromatic,water insoluble drugs.Yang et al.11investigated loading doxo-rubicin hydrochloride,an anticancer drug,on GO sheets,and1520ZHANG Xiao et al.:Cell Biocompatibility of Functionalized Graphene Oxide No.6found that the loading ratio(mass ratio of loaded drug to carri-ers)of GO could reach200%,much higher than those of other nanocarriers such as nanoparticles that usually have a loading ratio lower than100%.Liuʹs group12studied the in vitro behav-iors of GO in animal experiments.However,before GO material can be used in biology,two main problems should be resolved.First,GO is known to dis-perse well in water but it generally aggregates in salt or other biological solutions.8-10Second,it is not easy to get GO sheets with uniform and suitable size.Size control or size separation on various length scales is necessary to suitably interface with biological systems in vitro or in vivo.12-14Here,we have employed a modified Hummersʹmethod15-18 to fabricate water-soluble nanoscale graphene oxide(NGO), and then performed surface functionalized modification to syn-thesize the PEG functionalized carboxylic acid modified na-noscale graphene oxide(NGO-COOH-PEG)structure.Finally, we have examined the solubility of NGO-COOH-PEG and cy-totoxicity of NGO-COOH-PEG to human lung adenocarcino-ma cells(A549)pared to carbon nanotubes15and nanohorns16loading drugs mainly via surface and tip,our modi-fied NGO has a large specific surface area and loads aromatic anticancer drugs via its two faces and edges,which makes it a promising material as a drug carrier substance.2Materials and methods2.1MaterialsGraphite flake(325mesh),polyethylene glycol(PEG), 1-(3-dimethylamlnopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC)and3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoli-um bromide(MTT)were supplied by Sigma-Aldrich Chemi-cal;Sulfuric acid(98%H2SO4),KMnO4,H2O2,NaOH, ClCH2COONa,and dimethyl sulfoxide(DMSO)were supplied by Sinopharm Chemical Reagent.All the reagents are of analyt-ical reagent grade and used without further purification.The A549were supplied by Beijing Union Medical College.2.2Synthesis of surface functionalized nanoscalegraphene oxideA modified Hummersʹmethod15-18was used to obtain graph-ite oxide from graphite flake,and then the graphite oxide was dispersed in ultra-pure water to form graphite oxide suspen-sion.The suspension was sonicated for3h so that the graphite oxide became mostly single layered.After that,the suspension was centrifuged for20min to remove undesired impurities, and then the GOs left in suspension are in nanoscale level.In order to attach PEG with NGO,―COOH functional group must be introduced to the NGO surface.First,the NGO suspension was prepared with a concentration of2g·L-1.Then, 0.06mol NaOH and0.03mol ClCH2COONa were added to the suspension and sonicated for2h.The hydroxyl,epoxide,and the carbonyl groups of NGO were reacted chemically and con-verted into―COOH groups upon sonicating the mixture.17Af-ter removing the salt and NaOH from the reacted residual by centrifuging against distilled water,the final product carboxyl-ic acid modified graphene oxide(NGO-COOH)was precipitat-ed and dispersed in water.The color of the NGO suspension changed from brown to black during the reaction,probably due to partial reduction of the NGO under the strong alkaline condi-tion.18After that,the PEG with a concentration of2g·L-1was add-ed to the NGO-COOH solution.The solution was sonicated with EDC for4h.Then the solution was stored for24h so that PEG-amine can combine the NGO-COOH with EDC.The sus-pension was centrifuged for several times.Finally,we got the PEG functionalized carboxylic acid modified graphene oxide (NGO-COOH-PEG).2.3CharacterizationThe structure of the asprepared NGO-COOH-PEG were characterized by transmission electron microscope(FEI Tecnai G220),Fourier transform infrared spectrometer(Perkin Elmer).2.4MTT assay for cell viability testA549cells were cultured in RPMI1640medium(Thermo Scientific)with10%(φ)fetal bovine serum(FBS)and100IU·mL-1penicillin and100µg·mL-1streptomycin,respectively. The culture plates were incubated at37°C in a humidified in-cubator containing5%CO2.The cell viability was tested using MTT assay,which is based on the mitochondrial conversion of tetrazolium salt.19The A549cells were seeded in96-well mi-croplates(Costar,Corning,NY)at densities of8000and5000 cells·well-1respectively in100μL RPMI1640medium(devel-oped by Moore et.al.at Roswell Park Memorial Institute)con-taining10%fetal bovine serum(FBS).After attachment for24 h,the cells were incubated with NGO-COOH-PEG at various concentrations(3.4,13.6,54.4,85.0,and102.0mg·L-1)for an-other48h in a final volume containing150μL medium;then, the medium were removed.After that,150μL of fresh medium and10μL of MTT(5g·L-1in PBS)were added to each well and the culture plates were incubated at37°C with5%CO2for 4h.After removal of the medium,150μL of DMSO was add-ed to each well to dissolve the dye.The absorbance at492nm was measured using a microplate reader.Each data point was derived from three parallel samples.3Results and discussionThe nanoscale graphene oxide(NGO)was synthesized by a modified Hummersʹmethod.Then the NGO was surface func-tionalized by attaching carboxylic acid and polyethylene glycol groups.Fig.1shows the schematic illustration of pegylation of graphene oxide.We have characterized the size of NGO-COOH-PEG using transmission electron microscopy.Fig.2shows the TEM image of NGO-COOH-PEG.One can see that the NGO-COOH-PEG (black dots)exists as platelet having lateral size less than40 nm.The structural evolution from NGO to NGO-COOH and to NGO-COOH-PEG was investigated using FTIR,the results are1521Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28shown in Fig.3.It can be seen that NGO has three evident ab-sorption bands at~1053,1629,and3411cm-1,which are from C―O―C―,―C=O and―OH stretching modes,respective-ly.20-22Besides when carboxylic acid group(―COOH)was connected to NGO to form NGO-COOH,the absorption at around3430cm-1(from―OH stretching mode)becomes weak.This is likely due to partial reduction of NGO so that some―OH groups were consumed under strong alkaline con-dition.When PEG was attached further with the NGO-COOH to form NGO-COOH-PEG,the methylene(―CH2―)stretch-ing vibration at2850cm-1from the PEG-ylated reaction is more evident,consistent with the grafting of PEG molecules onto NGO-COOH sheets.The colloid solution zeta potential distributions were studied by measuring zeta potential.Fig.4shows the transformed zeta potential values of the synthesized NGO,NGO-COOH,and NGO-COOH-PEG in their water solution.It can be found that the potential distribution curve of NGO has a negatively charged peak with position centered at about-53.4mV,indi-cating that the NGO water suspension can be stored stably.As for NGO-COOH,the peak position of its zeta potential shifts to-36.1mV.This means that the NGO-COOH water suspen-sion can also be stably stored.However,the peak position of the zeta potential for NGO-COOH-PEG shifts to-11.3mV.In-deed,the NGO-COOH-PEG solution is less stable compared to NGO solution,and NGO-COOH-PEG will precipitate from the water after a longer time store.For a material being used in biomedical area,its biocompati-bility and toxicology must be evaluated.Here,the NGO-COOH-PEG was suspended in water,phosphate buff-ered saline(PBS),and cell culture medium,respectively.We have examined the dispersive abilities of NGO and NGO-COOH-PEG in these three solutions.The results are shown in Fig.5.The experiment was performed at room tem-perature.Fig.5A shows the dispersion status of NGO in water, PBS,and cell culture medium,respectively.We find that NGO is able to uniformly disperse in water to form homogenous and stable solution for several days,but can not dispersed well in PBS and cell culture medium.However,NGO-COOH-PEG could be uniformly dispersed not only in water,but also in PBS and cell culture medium as shown in Fig.5B.The NGO-COOH-PEG could be stably dispersed in PBS and cell culture medium for several days.This is likely due to the screening of electrostatic charge and nonspecific binding of proteins on the NGO-COOH-PEG.14The use of nanomaterials in vitro and in vivo requires that they are biocompatible.23-27The cytotoxic behavior of NGO-COOH-PEG nanomaterials on cells was examined by the MTT assay.A549cell(lung adenocarcinoma cells)viability was as-sessed after exposure to different concentrations of NGO-COOH-PEG for48h.Control experiments were conducted in a similar manner without the presence of the NGO-COOH-Fig.1Schematic illustration of PEG decoratedNGO-COOH Fig.2TEM image ofNGO-COOH-PEGFig.3FTIR spectra of NGO(a),NGO-COOH(b),andNGO-COOH-PEG(c)Fig.4Zeta potential of NGO(A),NGO-COOH(B),andNGO-COOH-PEG(C)ZHANG Xiao et al .:Cell Biocompatibility of Functionalized Graphene OxideNo.6PEG.As shown in Fig.6,cell viability data indicated that the NGO-COOH-PEG did not significantly affect A549cell prolif-eration up to the concentration of 102.0mg ·L -1.The results showed that the NGO-COOH-PEG was reasonably nontoxic and biocompatible up to the given concentrations.The similar results were also found by other groups.For example,Zhang et al .14covalently conjugated graphene oxide with dextran (DEX)and incubated it with Hela cells.Their cellular experiments showed that DEX coating on GO offers remarkably reduced cell toxicity.However,our PEG-modified GO showed more uniform size which would be helpful for the next step experi-ments.4ConclusionsWe have adopted a modified Hummers ʹmethod to obtain graphite oxide and then dispersed them in ultra-pure water to form graphite oxide suspension.After multiple sonication and centrifugal screening,water-soluble NGO were received.The NGO sheets were surface functionalized by attaching ―COOH and PEG groups to form NGO-COOH-PEG struc-ture,which is well soluble in PBS and cell culture medium without agglomeration.Cell viability studies show that the functionalized NGO sheets have good solubility.Owing to itssmall size,large specific surface area,low cost,and almost no cytotoxicity to A549cell,the NGO-COOH-PEG could be con-sidered a promising material to have broad biology and medi-cine applications.References(1)Geim,A.K.;Novoselov,K.S.Nat.Mater .2007,6,183.(2)Rozhkov,A.V .;Giavaras,G.;Bliokh,Y .P.;Freilikher,V .;Nori,F.Phys.Rep.2011,503,77.(3)Novoselov,K.S.;Geim,A.K.;Morozov,S.V .;Jiang,D.;Zhang,Y .;Dubonos,S.V .;Grigorieva,I.V .;Firsov,A.A.Science 2004,306,666.(4)Xu,D.;Zhou,N.L.;Shen,J.Chem.J.Chin.Univ .2010,31(12),2354.[徐东,周宁琳,沈健.高等学校化学学报,2010,31(12),2354.](5)Gu,X.G.;Yang,G.;Zhang,G.X.;Zhang,D.Q.;Zhu,D.B.ACS Appl.Mat.Interfaces 2011,3,1175.(6)Schniepp,H.C.;Li,J.L.;McAllister,M.J.;Sai,H.;Herrera-Alonso,M.;Adamson,D.H.;Prud ʹhomme,R.K.;Car,R.;Saville,D.A.;Aksay,I.A.J.Phys.Chem.B 2006,110,8535.(7)Zhang,Q.;He,Y .Q.;Chen,X.G.;Hu,D.H.;Li,L.L.;Yi,T.Chin.Sci.Bull.2010,55,620.[张琼,贺蕴秋,陈小刚,胡栋虎,李林江,尹婷.科学通报,2010,55,620.](8)Liu,Y .;Yu,D.S.;Zeng,C.;Miao,Z.C.;Dai,ngmuir2010,26,6158.(9)Yan,X.B.;Chen,J.T.;Yang,J.;Xue,Q.J.;Miele,P.ACS Appl.Mat.Interfaces 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NGO-COOH-PEG (B)dispersed inwater,PBS,and cell culturemediumFig.6Effect of graphene oxide on A549cellgrowth1523Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28(21)Rana,V.K.;Choi,M.C.;Kong,J.Y.;Kim,G.Y.;Kim,M.J.;Kim,S.H.;Mishra,S.;Singh,R.P.;Ha,C.S.Macromol.Mater.Eng.2011,296,131.(22)Wang,G.X;Wang,B.;Park,J.;Yang,J.;Shen,X.P.;Yao,J.Carbon2009,47,68.(23)Shan,C.S.;Yang,H.F.;Han,D.X.;Zhang,Q.X.;Ivaska,A.;Niu,ngmuir2009,25,12030.(24)Si,Y.C.;Samulski,E.T.Nano Lett.2008,8,1679.(25)Liu,Z.;Robinson,J.T.;Sun,X.M.;Dai,H.J.J.Am.Chem.Soc.2008,130,10876.(26)Sun,X.M.;Liu,Z.;Welsher,K.;Robinson,J.T.;Goodwin,A.;Zaric,S.;Dai,H.J.Nano Res.2008,1,203.(27)Nguyen,T.T.T.;Tran,E.;Nguyen,T.H.;Do,P.T.;Huynh,T.H.;Huynh,H.Carcin2004,25,647.(28)Wu,H.H.;Yang,R.;Song,B.M.;Han,Q.S.;Li,J.Y.;Zhang,Y.;Fang,Y.;Tenne,R.Wang,C.ACS Nano2011,5,1276.1524。