今年10月，英國工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)（EPSRC）拿出520萬英鎊，資助歐洲石墨烯制造商Graphenea和曼徹斯特大學(xué)等開展一個(gè)為期5年的項(xiàng)目，目標(biāo)為探索以石墨烯為代表的二維材料在醫(yī)療技術(shù)上的應(yīng)用，改善人們的健康狀況，解決未來人口老齡化的健康問題。那么，就目前石墨烯科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用而言，它在生物醫(yī)學(xué)、健康科學(xué)方面給我們帶來了怎樣的驚喜呢？

抗菌殺菌的“排頭兵”

2010年，伊朗科學(xué)家在研究中率先發(fā)現(xiàn)，將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌暴露在石墨烯中，石墨烯層狀結(jié)構(gòu)納米片邊緣膜的應(yīng)力可直接刺穿細(xì)菌的細(xì)胞膜，引發(fā)其內(nèi)部RNA（核糖核酸）泄漏，導(dǎo)致菌體死亡，從此掀開了石墨烯抗菌殺菌研究的序幕。研究顯示，氧化石墨烯納米懸浮液對(duì)大腸桿菌的抑制率超過90%，但對(duì)哺乳動(dòng)物等的真核細(xì)菌毒性卻很小。而石墨烯具有比氧化石墨烯更強(qiáng)的抗菌活性，原因是石墨烯的邊緣更尖銳，更易損害細(xì)胞壁。

研究還發(fā)現(xiàn)，石墨烯基復(fù)合材料也具有很強(qiáng)的抗菌活性，比如氧化石墨/銀納米復(fù)合材料對(duì)各種病原體都顯示出顯著的抗菌活性。2013年，通過分子模擬技術(shù)發(fā)現(xiàn)了石墨烯可以抽取細(xì)胞膜的重要組分磷脂，導(dǎo)致細(xì)胞解體的新機(jī)制。

有預(yù)測認(rèn)為，在不久的將來，納米級(jí)石墨烯有望成為新的抗菌藥物。由于人體不能吸收碳原子，石墨烯在完成“使命”后會(huì)通過腸道排出，這是比抗生素更安全、也為更有效的抗菌新途徑。同時(shí)，石墨烯還可能應(yīng)用于紗布、導(dǎo)管、創(chuàng)可貼等醫(yī)療器具上，有效防止交叉感染。隨著生物化學(xué)新技術(shù)的不斷介入，石墨烯在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究正在不斷拓展。功能化的納米石墨烯可作為有效載體，將抗癌藥物輸送到細(xì)胞中，提高治療功效。它還可同多糖等物質(zhì)結(jié)合，形成與細(xì)胞高度相容的復(fù)合材料，作為細(xì)胞生長支架植入人體。

智能保健的“理療師”

在不久前舉行的2016年中國國際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，西班牙加泰羅尼亞納米科學(xué)與技術(shù)研究所的史蒂芬·洛奇教授曾對(duì)科技日報(bào)記者說，他很喜歡身上穿的這件由中國制造的中式服裝，雖輕薄但很暖和，因?yàn)橐路锩嬗袀€(gè)“小暖爐”。記者不禁好奇地查看“發(fā)熱服”的玄妙，原來是后背襯里有片石墨烯發(fā)熱膜在起關(guān)鍵作用。

在日常可穿戴服飾或護(hù)具中嵌入石墨烯發(fā)熱膜，具有智能理療保健功效。如采用石墨烯發(fā)熱技術(shù)的戶外服、圍巾、護(hù)腰及護(hù)腿等，內(nèi)襯中的石墨烯加熱膜可加熱至20℃—60℃，能在3秒內(nèi)迅速升溫。這類“發(fā)熱服”可通過控制器或手機(jī)端APP自由調(diào)節(jié)溫度，USB接口循環(huán)充電。

與傳統(tǒng)發(fā)熱理療產(chǎn)品不同的是，采用石墨烯發(fā)熱技術(shù)的理療產(chǎn)品釋放出的遠(yuǎn)紅外波波長與人體波長相近，能與體內(nèi)細(xì)胞的水分子產(chǎn)生最有效的“共振”，促進(jìn)血液循環(huán)，強(qiáng)化各組織之間的新陳代謝，增強(qiáng)再生能力，提高機(jī)體的免疫能力，從而起到醫(yī)療保健作用。

人體數(shù)據(jù)的“采集師”

英國曼徹斯特大學(xué)研究人員認(rèn)為，智能服裝的“智能”主要體現(xiàn)在其包含的三類傳感器上，即測心電和肌電的生物傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器以及溫度傳感器。而這些功能，石墨烯都可以實(shí)現(xiàn)。

研究人員不斷發(fā)現(xiàn)，石墨烯及石墨烯基復(fù)合材料傳感器在不同的生物分子檢測中有著不俗表現(xiàn)：石墨烯傳感器能以高靈敏度檢測蛋白質(zhì)；石墨烯/金納米復(fù)合材料作為葡萄糖生物傳感器，可用于糖尿病、高血糖等疾病的葡萄糖定量檢測；利用氧化石墨烯納米片研制的傳感器，可檢測活體細(xì)菌內(nèi)的三磷酸腺苷。

那么，如何將石墨烯傳感器攜帶于身，隨時(shí)監(jiān)測人體數(shù)據(jù)？目前，改性的石墨烯材料已經(jīng)可以與紡織物結(jié)合形成一種新材質(zhì)的布料，不僅具有柔軟、可水洗、可彎曲的特點(diǎn)，還有超強(qiáng)的導(dǎo)電性能。基于這種石墨烯紡織物研發(fā)出的壓力傳感器，能根據(jù)文胸、鞋墊對(duì)身體的壓力測量生理特征數(shù)據(jù)；還有心率傳感器，可采集人體心率、血氧等數(shù)據(jù)。

通過收集這些數(shù)據(jù)，不僅能掌握個(gè)人的健康狀況，還能作為大數(shù)據(jù)分析，幫助企業(yè)了解消費(fèi)者的行為習(xí)慣和消費(fèi)需求，進(jìn)行更精準(zhǔn)的市場決策。由此，針對(duì)人體設(shè)計(jì)的石墨烯柔性傳感器將承擔(dān)起下一代提取人體大數(shù)據(jù)的重任。實(shí)際上，“石墨烯＋健康”不同凡響的應(yīng)用才剛剛開始。據(jù)外媒報(bào)道，英國工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)資助的石墨烯醫(yī)療計(jì)劃，未來將集中在癌癥、糖尿病和老年癡呆癥等方向的探索。讓我們拭目以待——石墨烯帶來驚喜連連。