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  石墨烯由于其優(yōu)異的力學(xué)、光電性能和高的比表面積，在組織工程、藥物傳遞、生物成像等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。在生物良性條件下簡(jiǎn)單地進(jìn)行石墨烯的大規(guī)模制備是這些生物應(yīng)用的首要條件。目前，研究者們通過(guò)液相剪切剝離石墨的方法成功進(jìn)行了石墨烯的規(guī)模化生產(chǎn)。并且一些生物大分子如蛋白質(zhì)、多肽等已被成功用于制備石墨烯分散體系，但是這些生物分子的稀有來(lái)源和昂貴的價(jià)格限制了石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)。因此如何通過(guò)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法制備石墨烯并且得到較高的濃度和產(chǎn)量需要進(jìn)一步研究。

  為了提高剝離體系的優(yōu)越性，呂強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)絲蛋白納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，引入絲蛋白納米纖維作為石墨烯剝離的穩(wěn)定劑，制備了濃度可達(dá)8mg mL-1的石墨烯分散液。同時(shí)由于絲蛋白納米纖維的高負(fù)電性以及良好的生物相容性，使石墨烯分散液保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性以及低的細(xì)胞毒性。圖1展示了用絲蛋白納米纖維（SNFs）剝離石墨烯的示意圖。在液相環(huán)境下，高速剪切作用將石墨剪切成石墨烯片層，絲蛋白納米纖維通過(guò)疏水作用附著在石墨烯表面，高的負(fù)電性使得分散體系保持穩(wěn)定而不聚集。并且，高速離心可去除大部分絲蛋白納米纖維，得到純的石墨烯分散液。

圖1. 用絲蛋白納米纖維剝離石墨烯的制備流程

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化了不同條件（SNF濃度、石墨濃度、溶液體積、剝離時(shí)間以及攪拌速率）以得到高濃度的穩(wěn)定分散的液相石墨烯(圖2)。 最終在石墨濃度20 mg mL-1, SNF 5 mg mL-1，剝離時(shí)間1 h，攪拌速率45 krpm的條件下得到了濃度大于8 mg mL-1、產(chǎn)率大于30%的石墨烯分散液，為大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯提供了有希望的途徑。

圖2. 石墨烯濃度與不同影響因素之間的關(guān)系：（A）絲蛋白納米線的濃度（B）石墨的濃度（C）轉(zhuǎn)速（D）剝離時(shí)間（E）體積

圖3.石墨烯片層微觀形態(tài)的分析：(A)石墨烯的TEM圖像；(B)石墨烯片層橫向尺寸的統(tǒng)計(jì)；（C）石墨烯的AFM圖像；（D）石墨烯片層的高度統(tǒng)計(jì)

  接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)TEM和AFM表征了石墨烯的微觀形態(tài)（圖3）。石墨烯的橫向尺寸在100-800 nm分布，高度在1-4 nm，為少層的石墨烯。

圖4. (A)與石墨烯共培養(yǎng)24h后的細(xì)胞熒光圖像，標(biāo)尺=150μm；(B)細(xì)胞與石墨烯共培養(yǎng)24h的CCK-8結(jié)果；（C）石墨烯涂覆的紙的截面和表面SEM圖像；（D）通過(guò)發(fā)光二極管驗(yàn)證的石墨烯的導(dǎo)電性

  優(yōu)質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)，生物友好的制備方式以及低缺陷的的少層結(jié)構(gòu)使得石墨烯在生物醫(yī)學(xué)中具有良好的應(yīng)用前景。結(jié)合絲蛋白納米纖維優(yōu)異的生物相容性，該研究用石墨烯分散液培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs），評(píng)價(jià)體外細(xì)胞相容性。CCK-8測(cè)試結(jié)果表明，在與石墨烯共培養(yǎng)24h之后，細(xì)胞仍保持良好的活性（80%）。該團(tuán)隊(duì)制備的石墨烯的導(dǎo)電性為 1100 S m ?1 ，以及通過(guò)發(fā)光二極管、電池、石墨烯涂覆紙驗(yàn)證了它的高導(dǎo)電性。

  以上相關(guān)成果發(fā)表在ACS Appl.Mater.Interfaces(DOI:10.1021/acsami.8b04777)上。論文的第一作者為蘇州大學(xué)紡織學(xué)院碩士研究生生張?bào)沆?/strong>，通訊作者為蘇州大學(xué)的呂強(qiáng)教授。