石墨烯材料与蛋白质的相互作用

王晓娟; 刘真真; 陈奇; 王小强; 黄方

doi:10.7536/PC180445

化学进展 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (2/3) :236-244 DOI: 10.7536/PC180445

扫码查看或转发全文

石墨烯材料与蛋白质的相互作用

作者信息 +

Interactions between Graphene Materials and Proteins

Author information +

文章历史 +

摘要

石墨烯材料凭借其优异的物理化学性质在生物化学以及生物医学领域备受关注,展现出了广阔的应用前景。值得注意的是,石墨烯材料在应用于载药、医学检测与诊断及生物成像等诸多领域时,会不可避免地与生物体内的各种蛋白质分子产生相互作用,进而改变石墨烯材料自身的理化性质并影响蛋白质的构象及生物学功能。因此研究石墨烯材料与蛋白质分子之间的相互作用,对于理解和评估其生物学效应,开发新型生物化学技术,具有至关重要的意义。本文综述了近年来针对石墨烯材料与蛋白质分子相互作用开展的代表性的科学研究,分类介绍了石墨烯家族中的各种材料与蛋白质相互作用的分子机制与规律,并介绍了基于蛋白质分子与石墨烯材料相互作用开发的新型应用技术,最后对这一领域未来的热点研究方向进行了分析和展望。

Abstract

Relying on the excellent physical and chemical properties, graphene materials have attracted great attention in the biomedical field and shown broad application prospects. It needs to be noted that when graphene materials are used for bio-applications, such as drug delivery, medical sensing and bioimaging, they will interact inevitably with various proteins and result in the changing of their own properties as well as the variation of proteins’ conformation and functions. Therefore, a lot of studies have been carried out to investigate the interactions between graphene materials and protein molecules, which is of vital importance for understanding and evaluating the biological effects of graphene materials. In this content, the representative scientific researches on this topic are reviewed. The molecular mechanisms of the interactions between various materials of the graphene family and proteins are summarized, and the newly developed biotechnologies based on the graphene material / protein interactions are introduced. Finally, some personal perspectives of the further research directions in this field are presented.

Graphical abstract

关键词

石墨烯 / 氧化石墨烯 / 蛋白质 / 相互作用 / 分子机制

Key words

graphene / graphene oxide / protein / interaction / molecular mechanism

引用本文

引用格式 ▾

王晓娟, 刘真真, 陈奇, 王小强, 黄方. 石墨烯材料与蛋白质的相互作用[J]. 化学进展, 2019, 31(2/3): 236-244 DOI:10.7536/PC180445

Xiaojuan Wang, Zhenzhen Liu, Qi Chen, Xiaoqiang Wang, Fang Huang. Interactions between Graphene Materials and Proteins[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(2/3): 236-244 DOI:10.7536/PC180445

登录浏览全文

4963

注册一个新账户忘记密码

1 Introduction

2 Interactions between graphene materials and proteins

2.1 Interactions between graphene and proteins

2.2 Interactions between graphene oxide and proteins

2.3 Interactions between reduced graphene oxide and proteins

3 Biotechnologies based on the graphene material/ protein interactions

4 Conclusion and outlook

1 引言

纳米材料一般是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度(0.1~100 nm)的材料,约为10~100个原子紧密排列在一起的尺寸。从生物学和医学领域的应用角度来看,针对纳米材料的研究兴趣主要是因为它们的尺寸非常小,能够与细胞及细胞内的组分产生密切的相互作用并达到其他材料难以接近的程度^[1]。生物纳米技术是物理科学、化学科学与生命科学有机结合的产物,为各种生物医学应用提供了极具前景的平台,目前的应用范围包括生物传感、细胞及活体成像、药物输送、疾病标志物检测与医学诊断等^[2,3,4,5,6],其长足的发展对科技进步与人类健康有着重要意义。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道键合呈六角形排列的具有单原子厚度的碳纳米材料^[7]。根据其层数、尺寸、制备过程等原则,石墨烯材料可以分为石墨烯(graphene, G)、氧化石墨烯(graphene oxide, GO)、还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide, rGO)、石墨烯量子点(graphene quantum dot, GQD)等几个大类^[7]。自2004年被发现以来^[8],石墨烯材料就凭借其优良的物理化学性质而引起了广泛的关注,在生物医学领域的研究热度也一直居高不下^[9],在细胞器特异性标记、抗癌药物靶向运输、基因转染等诸多领域内显示出广阔的应用前景^{[10, 11]}。

随着石墨烯材料的快速发展,对其生物效应进行系统评估的重要性开始凸显。科学家已经分别在小动物活体及细胞水平对石墨烯材料的生物相容性进行了检测和评估,发现实验结果存在较大的差异^{[12, 13]},这与石墨烯材料的合成路线、实验浓度、表面性质及其尺寸有着很大关联^{[14,15,16,17,18,19,20,21,22]}。从分子水平的角度来看,在拥挤的体内环境中,石墨烯材料的加入是否会对生物活性分子的存在状态及功能产生影响,这一问题的全面考察和解答对其在生物医学领域的实际应用及推广至关重要。研究显示,石墨烯材料在循环系统中会与各种生物分子发生相互作用,还可以被细胞内化从而进入到细胞内部^{[23, 24]}。而通常情况下,蛋白质分子是外界物质进入生物体时首先遇到的生物活性成分之一,当纳米材料进入生物体内部时,常常会有一层蛋白质包裹在它的表面^{[1, 25~27]}。所以,当石墨烯材料进入到生物体系内部的时候,它也难免会与蛋白质发生一定的相互作用,这一过程被认为是石墨烯材料进入生命系统的始端^[28]。因此系统性地对这一过程进行考察,从分子水平对石墨烯材料与蛋白质相互作用的位点及规律加以总结,对于评估其在生命系统中的潜在毒性具有重要意义^{[29, 30]}(图1)。与此同时,在功能性石墨烯材料的设计中,如何依据应用目标对石墨烯材料与生物分子的相互作用进行有效调控也是一个极为重要的问题,而揭示石墨烯材料与蛋白质相互作用的分子机制能够为高效无毒石墨烯材料的设计和开发提供极其重要的数据基础及指导方向^[31]。

整体而言,石墨烯材料具有较高的比表面积、独特的界面特性以及大量的芳环结构,这些特点使得石墨烯材料与蛋白质分子能够产生较强的相互作用,但是这些相互作用与材料本身的尺寸及表面性质,以及蛋白质分子的不同结构与特性都有很大关系^{[27, 32, 33]}。因此,本文将按照石墨烯材料的不同类别,分石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯三个部分对其与蛋白质之间的相互作用进行分析与总结,并介绍基于蛋白质分子与石墨烯材料相互作用开发的新型生物应用技术。

2 石墨烯材料与蛋白质的相互作用

2.1 石墨烯与蛋白质的相互作用

2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov制备发现了石墨烯^[34]。科学家们利用蛋白质与石墨烯片层的相互作用探索了石墨烯的水相剥离及制备。Khademhosseini 等^[35]在牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin, BSA)水溶液中利用超声处理石墨的方法生产了稳定的水相石墨烯分散体,为石墨烯的生产提供了一种简便、低成本和绿色的方法。他们利用密度泛函理论计算确定了石墨烯和BSA之间的分子相互作用的各项参数,发现非共价相互作用在整个分散过程中是最主要的驱动力,以X-H … π(X=C、O和N)作用以及脂肪族和芳香族与石墨烯的π-π堆积相互作用为主。该研究还发现BSA中含有的氨基酸对从石墨中剥离石墨烯片层的贡献存在有以下趋势:Leu > Pro > Ala > Cys > Val > Phe > Tyr > Gly > ILeu > Met > Tryp。

石墨烯的疏水表面容易引起大量的蛋白吸附以及不可逆的团聚,给生物体系的应用带来很大困难^{[27, 36]}。Craighead等^[37]通过实验验证了石墨烯与生物分子疏水残基具有强烈的相互作用,因而引起生物分子天然构象的改变并导致生物活性的破坏。他们利用石英晶体微天平研究了未官能化石墨烯与刀豆球蛋白A(Concanavalin A,Con A)的相互作用。结果表明石墨烯能够吸附其单层质量0.85~2.05倍的Con A,吸附后的Con A已完全丧失了识别寡糖的能力,这表明与石墨烯的相互作用会引起蛋白质结构的有害改变(图2)。

Zhou 等^[38] 使用大规模全原子分子动力学模拟(Large Scale All-atom Molecular Dynamics Simulations)的方法,从理论上研究了石墨烯在分子水平上对生物细胞的潜在毒性。他们以人类免疫病毒-1整合酶的C末端DNA结合结构域(C-terminal DNA-binding Domain of Human Immunovirus-1 Integrase)作为主要研究对象,模拟分析了石墨烯引起的蛋白质之间疏水性相互作用产生的变化。结果表明,对生物分子实现其功能至关重要的蛋白质间的疏水性相互作用(或识别)有可能被同样具有憎水表面的石墨烯纳米片层阻断。石墨烯的嵌入还可能导致蛋白质二聚体以及蛋白质复合结构的破坏进而引起细胞的活性降低。Zhou等^[30]的动力学模拟工作也得出了类似的结论。

总体而言,石墨烯对蛋白质分子有着较强的吸附能力,主要的作用力是非共价相互作用,包括疏水相互作用、范德华力及π-π堆积作用。蛋白质在被石墨烯吸附之后,其二级与三级结构会发生改变,这在一定程度上阻碍了蛋白质正常行使其生物学功能。

2.2 氧化石墨烯与蛋白质的相互作用

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,材料中的含氧官能团增多使得其水溶性较石墨烯大大增强。GO所含有的环氧、羧基和羟基等官能团在改善其本身性质的同时,也为进一步功能化提供了更为广泛的可能。功能化的氧化石墨烯材料实现了体内和体外的生物应用^{[39, 40]},如组装载药^[41]、复合材料^[42]、辅助催化^[43]等。

氧化石墨烯通常由碳材料经过氧化反应剥离而成,疏水的石墨烯域以及亲水的边缘为这种材料提供了两亲特性。对蛋白质分子而言,前者能够通过π-π堆积或疏水作用与蛋白质的疏水基团产生相互作用,后者能够与蛋白质的亲水残基形成氢键^{[44, 45]}。Sarkar等^[46]研究了氧化石墨烯与BSA在缓冲液中的相互作用。结果表明氧化石墨烯能够有效吸附缓冲液中的BSA,吸附容量大约为105 mg/g。吸附的主要驱动力正是BSA亲水性残基与氧化石墨烯形成的强的氢键,以及氧化石墨烯与BSA芳香族残基之间的疏水与π-π堆积作用。这种相互作用也存在于氧化石墨烯与胎牛血清(FBS)之间,使得氧化石墨烯对FBS的吸附容量达到了1600 mg/g^[47]。氧化石墨烯还能够利用类似的作用力吸附一定量的人血清蛋白(HSA),并且通过阻塞蛋白活性位点以及破坏蛋白立体结构两个途径对HSA的功能产生一定影响^[48]。Geest等^[49]利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱和原子力显微镜等方法对氧化石墨烯与卵清蛋白(Ovalbumin)的吸附进行了研究,他们同样认为氧化石墨烯表面上剩余的疏水性芳香基团的存在有利于对蛋白的吸附。而进一步的研究表明,氧化石墨烯与水溶性蛋白的相互作用与蛋白质分子的尺寸以及带有芳环侧链的氨基酸数量有关^[28]。

氧化石墨烯作为一种石墨烯的水相分散性衍生物,由于其具有高比表面积、优异的热/电特性、丰富的含氧基团以及低成本等特性,常常会作为一种理想的酶吸附剂以非共价相互作用的方式进行酶的固定化。Kumar等^[50]将氧化石墨烯作为一种载体,能够与氨基修饰葡糖氧化酶(GOx)组成复合体,在维持GOx活性的同时,减少由于蛋白聚集以及降解引起的稳定性的降低。Guo等^[51]在氧化石墨烯表面固定辣根过氧化物酶(Horseradish Peroxidase)和溶菌酶(Lysozyme),原子力显微镜图像和酶活性测定的研究结果表明,吸附之后的蛋白质分子保留了原始构象,其活性并未受到影响。

此外,氧化石墨烯也常以共价键形式与酶发生相互作用,实现酶在氧化石墨烯片层上的固定化。Ye等^[53]通过酰胺化作用共价连接了BSA和氧化石墨烯纳米片,得到具有高度水溶性的GOS-BSA缀合物。循环伏安法的检测结果显示GOS-BSA缀合物中的蛋白质部分保留了其生物活性。并且,组装成的GOS-BSA缀合物有良好的水相分散性,在4 ℃条件下可保存3个月不出现沉淀。Wei等^[52] 用聚赖氨酸(PL)和PEG-二甘醇酸对氧化石墨烯进行功能化,然后使用PEG-PL修饰的氧化石墨烯作为胰蛋白酶(Trypsin)的固定底物,实现了胰蛋白酶的共价连接(图3)。Li等^[54]以戊二醛作为交联剂将碱性蛋白酶通过共价键固定在氧化石墨烯纳米片上,并用Bradford方法对其进行了表征。结果表明,相较于游离蛋白酶,固定化蛋白酶的热稳定性和可重复利用性明显提高,这种变化有可能是由于GO表面的含氧基团促进了酶与底物的有效结合。

酶与氧化石墨烯表面发生相互作用,其本身的结构有时也会随之发生一定的变化,进而产生功能及活性的变化^{[56,57,58,59,60]}。Cai等^[55]通过多种光谱技术详细研究了氧化石墨烯诱导的葡糖氧化酶(GOx)构象的变化。发现氧化石墨烯会诱导葡糖氧化酶分子中二级结构的转变。与氧化石墨烯组装后,α-螺旋的占比有所降低,而β-折叠、β-转角、无规卷曲的占比分别有所增加(图4)。这是葡糖氧化酶中的疏水性氨基酸基团与GO的表面产生疏水作用以及酶分子直接与GO的含氧基团产生共价作用的协同作用的结果。并且构象变化程度取决于氧化石墨烯的浓度,具有浓度依赖性。与此形成对照的是,Dravid等^[61]在研究中发现,α-糜蛋白酶(α-Chymotrypsin)在与GO发生相互作用后,蛋白质的构象并未发生明显变化,并且能在较长时间(>24 h)内保持其二级结构,但是氧化石墨烯可以抑制酶的活性。他们将这一现象的原因归结为单层氧化石墨烯的柔韧性使其适应蛋白质的表面曲率,而且GO表面的环氧和羟基部分的存在模拟了低聚乙二醇环境,减少了非特异性的相互作用。由此可见,GO与蛋白的相互作用依据蛋白质的不同特性会产生较大差异,需要具体问题具体分析。

氧化石墨烯和石墨烯都是具有高平面硬度的软膜,可以作为一种生物相容好、可转移、可植入的干细胞培养平台,它们与蛋白质分子间的不同相互作用,会导致干细胞的不同分化结果。Loh等^[62]对比研究了石墨烯与氧化石墨烯在促进骨髓间充质干细胞(Marrow Derived Mesenchymal Stem Cells)黏附、增殖和分化过程中的不同作用,发现由于石墨烯与氧化石墨烯所介导的不同程度的π-π堆积、静电相互作用及氢键作用,使得它们吸附各种分化促进剂的能力有所不同,并且对于其吸附的蛋白分子有不同的相互作用,因而能够促进干细胞分化成不同的细胞。石墨烯能够有效吸附促进成骨分化的诱导性化合物,从而促进干细胞的成骨分化;与此同时,石墨烯会破坏吸附其上的胰岛素的结构使之失活,从而大幅降低干细胞向脂肪细胞的分化效率。形成对照的是,氧化石墨烯能够更有效地吸附胰岛素且不会破坏其活性,因而会促进干细胞分化为脂肪细胞。

总体而言,与石墨烯相比,氧化石墨烯的表面具有更加丰富的官能团,使其与蛋白质之间的相互作用也更为复杂。除非共价相互作用(静电相互作用、疏水相互作用、π-π堆积作用、氢键作用等)之外,共价相互作用在氧化石墨烯与蛋白质的连接上也较为普遍。此外,不同种类的蛋白质在与氧化石墨烯相互作用后,其结构的变化效应是不同的,有些蛋白质二级和三级结构会有明显的改变,有的则不会。因此,在研究氧化石墨烯对蛋白质结构影响的时候,应针对不同的蛋白质分开研究。

2.3 还原氧化石墨烯与蛋白质的相互作用

还原氧化石墨烯是由氧化石墨烯还原制备的,不同的还原程度会赋予还原氧化石墨烯更为多样的的边缘和缺陷特性,可以加速某些特定的氧化还原反应。还原氧化石墨烯还能够与活性自由基反应,起到类似抗氧化剂的作用,其表面的醌类结构可以协助化学还原中的电子转移和分子活化^[63]。

还原氧化石墨烯不同的还原程度也会影响其与蛋白质分子的相互作用。Guo等^[64]研究了在还原氧化石墨烯上固定辣根过氧化物酶(HRP)的过程,结果表明辣根过氧化物酶可以直接吸附在rGO上,其最大酶载量是1.3 mg/mg。还原氧化石墨烯表面的疏水性与其还原程度成正比,还原程度越高,疏水性越强,其与蛋白质之间的疏水相互作用就越强烈,而疏水相互作用正是辣根过氧化物酶与rGO相互作用的主要驱动力,所以提高rGO的表面还原程度能够提高酶的负载量。此外还原氧化石墨烯固定的辣根过氧化物酶显示出了比游离酶更高的活性,且可以循环利用十次而不丧失活性。而Lee等^[65]在此基础上,用Fe₃O₄对还原氧化石墨烯进一步修饰,实验中,漆酶(Laccase)和辣根过氧化物酶在rGO表面的固定化效率均有着明显提升,且固定化后仍具有良好的生物活性。Parivar等^[66]通过戊二醛作为交联剂,将辣根过氧化物酶以共价键形式固定在了还原氧化石墨烯上(图5),固定之后酶的催化常数和催化效率分别增加了6.5和8.5倍。固定后的辣根过氧化物酶在35天的存储后,其活性仍可达到初始活性的97%。较高的酶负载量、较好的稳定性和较高的固定化活性,表明还原氧化石墨烯是一种很有前景的蛋白质固定化底物。

石墨烯材料在固定化酶的过程中会受到酶的氧化作用,而还原氧化石墨烯在此过程中展示出了较为稳定的性质。Star等^[67]对比研究了辣根过氧化物酶在GO和rGO表面的吸附。在低浓度过氧化氢(约40 μM)存在条件下,辣根过氧化物酶可以催化GO的氧化反应,导致在其基面上形成孔洞;与此形成对比的是,吸附辣根过氧化物酶的rGO能够很好地维持原状。分子模拟的研究结果显示,分子平面上的环氧和羟基的存在,以及氧化石墨烯片层的柔韧性是辣根过氧化物酶引起氧化石墨烯发生酶促氧化的主要原因;另一方面,GO上辣根过氧化物酶的动态性更强,与rGO相比,GO 表面的辣根过氧化物酶的血红素活性位点更靠近GO表面,从而更容易促进GO片层的氧化。

石墨烯、氧化石墨烯及还原氧化石墨烯三种石墨烯材料因表面性质的不同,在与蛋白质相互作用过程中对酶结构的影响也不相同。Chen等^[63]比较了这三种石墨烯材料对辣根过氧化物酶结构的影响。通过圆二色光谱及酶活性检测的研究表明,石墨烯和氧化石墨烯都通过改变酶构象的方式显著降低了酶的稳定性,而还原氧化石墨烯却将酶的稳定性提高了7倍。这种稳定性的提高是由于rGO对引起酶失活的氧自由基(Superoxide Radicals)的猝灭作用;同时还原氧化石墨烯的分子平面,主要是醌类结构的部分,可以进一步促进酶催化的氧化还原转化过程。另外rGO与酶之间还存在有较强的静电相互作用和氢键作用,这在一定程度上减少了因rGO的疏水作用导致的酶的变性。

综上所述,还原氧化石墨烯在与蛋白质相互作用的过程中,其表面性质较为稳定,对蛋白质结构的影响较小。但是,其作用力的方式、大小以及对蛋白质结构的改变程度与还原氧化石墨烯本身的还原程度有着密切关系。因此,在分析每一种还原氧化石墨烯与蛋白质相互作用时都应当综合考量。

3 基于石墨烯材料/蛋白质相互作用发展的新型生物技术

材料科学与生物医学的迅速发展,极大程度上促进了纳米材料与生命系统的相遇。石墨烯家族作为最有希望的碳纳米材料之一,每个成员都有着丰富而不同的理化性质,这为新型生物纳米技术的开发研制提供了众多的可能性^[32]。

石墨烯材料可以通过共价键和非共价相互作用与蛋白质缀合,组成的缀合物在生物医学领域有着极为广阔的应用前景。在石墨烯材料的表面用蛋白分子加以修饰,可以有效地降低其对于细胞增殖及活性的影响,改善其生物相容性^{[44, 47, 49, 68, 69]}。这种效果很可能是由于石墨烯材料表面修饰的蛋白分子层降低了石墨烯材料与细胞的相互作用,提高细胞内化效率。Yan等^[69]报道BSA修饰的氧化石墨烯片层能够在30 min内进入小鼠间充质祖细胞(C2C12),而在这一过程中,氧化石墨烯表面的BSA发挥了辅助调节摄取的功能。他们同时发现不同尺寸的GO / BSA导致不同的内化模式,大于500 nm的GO / BSA主要通过吞噬模式进入细胞,而那些小于500 nm的材料则是通过网格蛋白介导的内吞模式进入细胞。Kim等^[70] 利用GO作为细胞黏附基底以及细胞生长分化诱导因子蛋白的运载工具,促进干细胞的成软骨分化。他们将纤连蛋白(FN)和蛋白质转化因子(TGF-β3)吸附在GO(0.5 ~ 1 μm)上,然后与人脂肪源性干细胞(Human Adipose-derived Stem Cells,hASC)团簇混合。此方法构建的hASC-GO的杂交颗粒可以增强干细胞与FN的相互作用并更有效地提供生长因子TGF-β3,从而增强了hASCs的成软骨分化。该方法为再生医学干细胞的培养提供了新的平台。

石墨烯类材料具有较大的表面积以及离域的π电子,因而可以结合水溶性较差的药物分子,自发现以来就被广泛地用于药物输送,而蛋白质与石墨烯的复合材料赋予了这一类药物载体更丰富的功能^[71]。科学家们将具有靶向功能的蛋白质分子,例如胰岛素、转铁蛋白等接枝在石墨烯材料表面,实现了细胞的特异性标记及药物的靶向输送^{[72, 73]}。Chen等^[74]将还原氧化石墨烯纳米片固定在乳铁蛋白(Lactoferrin)壳上,构建了一种兼具核/壳结构及光热性能的新型光响应“蛋白-石墨烯-蛋白”(PGP)胶囊(图6)。PGP胶囊可以运输亲水性的抗癌药物阿霉素(Doxorubicin,DOX),有效载荷可以达到9.43 μmol/g,并可以通过近红外光照射rGO产生光热效应,引起局部温度升高,同时诱导胶囊破裂,实现药物释放。PGP胶囊具有良好的生物相容性并且具有较高的癌细胞靶向效率,在单次5 min的近红外照射后10天内成功地根除了皮下肿瘤,无远端损伤。

蛋白质修饰的石墨烯材料不仅保持了原始的石墨结构,而且对特定生物分子具有高亲合力,为开发新型生物传感平台提供了很多机会^[75]。 Dai等^[76]利用GO的羧基共价连接葡萄糖氧化酶,构建了高效的酶电极。该生物传感器针对葡萄糖检测的线性范围可以达到28 mM·mm^-2,灵敏度为8.045 mA·cm^-2·M^-1。Li等^[77]将GO引入原有的BSA检测传感系统,实现了传感器对BSA的高度选择性。Li等^[78] 通过在芘丁酸修饰的石墨烯薄膜表面共价键合RGD-肽来构建独立式仿生传感器。所得到的石墨烯生物膜传感器由整齐排列的石墨烯层状结构组成,RGD-肽组分促进细胞在传感器膜上的黏附和生长,为实时检测一氧化氮分子提供了可能。该仿生传感器具有高重现性和高灵敏度,对生物系统中经常存在的干扰具有良好的选择性。

氧化石墨烯与蛋白质的缀合在工业领域也有着广泛的应用。Shi等^[43]制备了氧化石墨烯/血红蛋白(GO/Hb)复合水凝胶,用于催化有机溶剂中的过氧化反应,产率高,活性高,稳定性好。当该复合水凝胶被用于催化邻苯三酚在有机溶剂中的氧化时,水凝胶显示出较游离Hb或GO更高的活性和稳定性。复合水凝胶即使在室温下长期保存也能保持其催化活性。在该系统中,水凝胶提供微环境以保护酶免于失活,同时它还能够作为吸引基质并排出产物的中转站。该复合水凝胶因其催化剂的易分离性和GO的生物相容性,在工业应用中具有巨大的应用潜力。

石墨烯和氧化石墨烯材料还能应用于蛋白质结晶实验,促进晶核的生成,并提高晶体的产出^[79]。研究表明石墨烯和氧化石墨烯在乙醇脱氢酶(Alcohol Dehydrogenase, ADH)、过氧化氢酶(Catalase)、溶菌酶(Lysozyme)和胰蛋白酶(Trysin)四种模型蛋白的结晶实验中均能够提高蛋白结晶过程的重复性并能够辅助蛋白从较低浓度的溶液中产生结晶。

肿瘤靶向的载药材料、促进干细胞形成分化的载体以及生物分子传感器等,是石墨烯材料在生物医学领域内的主要应用方向。表面修饰蛋白质分子能有效提高材料本身的生物相容性,降低其生物毒性^[80],使得石墨烯材料能够更好地应用于生命系统。

4 总结与展望

本文首先介绍了石墨烯材料优良的生物物理化学性质以及研究石墨烯材料与蛋白质相互作用的必要性及其重要意义;接下来,我们分类总结了石墨烯家族中的石墨烯、氧化石墨烯以及还原氧化石墨烯与蛋白质相互作用的分子机制与规律,论述了石墨烯材料与蛋白质相互作用的主要驱动力及其作用参数,比较分析了不同石墨烯材料对蛋白质构象的影响;此外,我们还介绍了基于蛋白质分子与石墨烯材料相互作用开发的多种新型生物应用技术。以上讨论有助于我们更为深刻地理解石墨烯材料在生物纳米技术中的优势及局限性,为石墨烯材料在生物医学领域的应用和开发提供一定的建议和指导。

当前,有关于石墨烯材料与蛋白质的作用,还主要停留在二维片层石墨烯材料的水平,关于以零维量子点形式存在的石墨烯量子点(片层直径小于20 nm)的相关研究较为有限。相对于二维石墨烯材料,石墨烯量子点具有显著的荧光特性和良好的水相分散性,以此为中心设计构建的功能性石墨烯量子点复合体系已经在生物医学领域显示出了非常诱人的应用前景^{[81,82,83,84]}。应当注意的是,Siegel等^[85]的研究结果显示纳米材料的尺寸对于它们和蛋白质分子的相互作用具有非常大的影响,纳米颗粒对于蛋白酶活性的抑制作用具有很强的尺寸依赖性。相比于微米级的二维石墨烯片层,石墨烯量子点的尺寸要小得多并且表面的含氧基团比例更高、水溶性更好,因此零维石墨烯量子点和蛋白质分子的相互作用很有可能完全异于石墨烯材料。虽然体外细胞实验以及动物活体水平的研究均表明石墨烯量子点相对于氧化石墨烯片层具有更好的生物相容性^{[82, 86]},但是目前在分子水平上,我们对于石墨烯量子点如何与蛋白质发生相互作用还知之甚少。因此,有必要以新型的石墨烯量子点为研究对象,系统性地考察其与蛋白质之间的相互作用^[86,87,88]。

此外,人体内的蛋白质立体结构并非是一成不变的。在生物体内,新生肽链的折叠和组装以及变性蛋白质的重折叠过程无时无刻不在进行,蛋白质的构象也在随时发生改变。在这一动态过程中,石墨烯材料的加入,会以何种形式与蛋白质发生相互作用,其相互作用是否会随着蛋白质结构的不断改变而发生改变,这种相互作用是否会对蛋白质折叠过程产生不可逆转的负面影响,其影响分子机制又是怎样,这一系列重要的科学问题都亟待解答。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	Mahmoudi M, Lynch I, Ejtehadi M R, Monopoli M P, Bombelli F B, Laurent S . Chemical Reviews, 2011,111:5610.

[2]	Singh C, Ali M A, Reddy V, Singh D, Kim C G, Sumana G, Malhotra B D . Sensors and Actuators B: Chemical, 2018,255:2495.

[3]	Rauf S, Mishra G K, Azhar J, Mishra R K, Goud K Y, Nawaz M A H, Marty J L, Hayat A . Analytical Biochemistry, 2018,545:13.

[4]	Zheng X T, Ananthanarayanan A, Luo K Q, Chen P . Small, 2015,11:1620.

[5]	Tang J, Kong B, Wu H, Xu M, Wang Y, Wang Y, Zhao D, Zheng G . Advanced Materials, 2013,25:6569.

[6]	Dong H, Dai W, Ju H, Lu H, Wang S, Xu L, Zhou S F, Zhang Y, Zhang X . ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7:11015.

[7]	Bianco A, Cheng H M, Enoki T, Gogotsi Y, Hurt R H, Koratkar N, Kyotani T, Monthioux M, Park C R, Tascon J M D, Zhang J . Carbon, 2013,65:1.

[8]	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.

[9]	Ma S, Si Y, Wang F, Su L, Xia C, Yao J, Chen H, Liu X . Scientific Reports, 2017,7:2588.

[10]	Wang X, Wang Y, He H, Chen X, Sun X, Sun Y, Zhou G, Xu H, Huang F . Journal of Materials Chemistry B, 2016,4:779.

[11]	Dowaidrar M, Abdelhamind H N, Hällbrink M, Zou X, Langel Ü . Biochimica et Biophysica Acta, 2017,1861:2334.

[12]	Hu W, Peng C, Luo W, Lv M, Li X, Li D, Huang Q, Fan C . ACS Nano, 2010,4.

[13]	Ruiz O N, Fernando K A S, Wang B, Brown N A, Luo P G, McNamara N D, Vangsness M, Sun Y P, Bunker C E . ACS Nano, 2011,5.

[14]	Yang K, Li Y, Tan X, Peng R, Liu Z . Small, 2013,9:1492.

[15]	Volkov Y, McIntyre J, Prina-Mello A . 2D Materials, 2017,4:022001.

[16]	Sasidharan A, Panchakarla L S, Chandran P, Menon D, Nair S, Rao C N R, Koyakutty M . Nanoscale, 2011,3:2461.

[17]	Jiao G, He X, Li X, Qiu J, Xu H, Zhang N, Liu S . RSC Advances, 2015,5:53240.

[18]	Jarosz A, Skoda M, Dudek I, Szukiewicz D . Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2016,2016:5851035.

[19]	Chang Y, Yang S T, Liu J H, Dong E, Wang Y, Cao A, Liu Y, Wang H . Toxicology Letters, 2011,200:201.

[20]	Akhavan O, Ghaderi E . ACS Nano, 2010,4:5731.

[21]	Nurunnabi M, Khatun Z, Huh K M, Park S Y, Lee D Y, Cho K J, Lee Y K . ACS Nano, 2013,7:6858.

[22]	Nafiujjaman M, Kim J, Park H K, Lee Y K . Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2018,57:171.

[23]	Pan D, Guo L, Zhang J, Xi C, Xue Q, Huang H, Li J, Zhang Z, Yu W, Chen Z, Li Z, Wu M . Journal of Materials Chemistry, 2012,22:3314.

[24]	Peng J, Gao W, Gupta B K, Liu Z, Romero-Aburto R, Ge L, Song L, Alemany L B, Zhan X, Gao G, Vithayathil S A, Kaipparettu B A, Marti A A, Hayashi T, Zhu J J, Ajayan P M . Nano Letter, 2012,12:844.

[25]	Moyano D F, Rotello V M . Langmuir, 2011,27:10376.

[26]	Wolfram J, Yang Y, Shen J, Moten A, Chen C, Shen H, Ferrari M, Zhao Y . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014,124:17.

[27]	Sanchez V C, Jachak A, Hurt R H, Kane A B . Chemical Research in Toxicology, 2012,25:15.

[28]	Gan S, Zhong L, Han D, Niu L, Chi Q . Small, 2015,11:5814.

[29]	Zukiene R, Snitka V . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2015,135:316.

[30]	Zuo G, Zhou X, Huang Q, Fang H, Zhou R . Journal of Physical Chemistry C, 2011,115:23323.

[31]	Nel A E, Mädler L, Velegol D, Xia T, Hoek E M V, Somasundaran P, Klaessig F, Castranova V, Thompson M . Nature Materals, 2009,8:543.

[32]	Cheng C, Li S, Thomas A, Kotov N A, Haag R . Chemical Reviews, 2017,117:1826.

[33]	Chen X, Hai X, Wang J . Analytica Chimica Acta, 2016,922:1.

[34]	Geim A K, Novoselov K S . Nature Materials, 2007,6:183.

[35]	Ahadian S, Estili M, Surya V J, Ramón-Azcón J, Liang X, Shiku H, Ramalingam M, Matsue T, Sakka Y, Bae H, Nakajima K, Kawazoec Y, Khademhosseini A . Nanoscale, 2015,7:6436.

[36]	Kuila T, Bose S, Mishra A K, Khanra P, Kim N H, Lee J H . Progress in Materials Science, 2012,57:1061.

[37]	Alava T, Mann J A, Théodore C C, Benitez J J, Dichtel W R, Parpia J M, Craighead H G . Analytical Chemistry, 2013,85:2754.

[38]	Luan B, Huynh T, Zhao L, Zhou R . ACS Nano, 2015,9:663.

[39]	Dong H, Zhu Z, Ju H, Yan F . Biosensors and Bioelectronics, 2012,33:228.

[40]	Shan C, Yang H, Han D, Zhang Q, Ivaska A, Niu L . Langmuir, 2010,26:12030.

[41]	Liu Z, Jiang L, Galli F, Nederlof I, Olsthoorn R C L, Lamers G E M, Oosterkamp T H, Abrahams J P . Advanced Functional Materials, 2010,20:2857.

[42]	Lu F, Zhang S, Gao H, Jia H, Zheng L . ACS Applied Materials & Interfaces, 2012,4:3278.

[43]	Huang C, Bai H, Li C, Shi G . Chemical Communications, 2011,47:4962.

[44]	Kiew S F, Kiew L V, Lee H, Imae T, Chung L Y . Journal of Controlled Release, 2016,226:217.

[45]	Zhang Y, Wu C, Guo S, Zhang J . Nanotechnology Reviews, 2013,2:27.

[46]	Kuchlyan J, Kundu N, Banik D, Roy A, Sarkar N . Langmuir, 2015,31:13793.

[47]	Hu W, Peng C, Lv M, Li X, Zhang Y, Chen N, Fan C, Huang Q . ACS Nano, 2011,5:3693.

[48]	Ding Z, Ma H, Chen Y . RSC Advances, 2014,4:55290.

[49]	Li H, Fierens K, Zhang Z, Vanparijs N, Schuijs M J, Steendam K V, Gracia N l F, Rycke R D, Beer T D, Beuckelaer A D, Koker S D, Deforce D, Albertazzi L, Grooten J, Lambrecht B N, Geest B G D . ACS Applied Materials & Interfaces, 2016,8:1147.

[50]	Novak M J, Pattammattel A, Koshmerl B, Puglia M, Williams C, Kumar C V . ACS Catalysis, 2015,6:339.

[51]	Zhang J, Zhang F, Yang H, Huang X, Liu H, Zhang J, Guo S . Langmuir, 2010,26:6083.

[52]	Xu G, Chen X, Hu J, Yang P, Yang D, Wei L . Analyst, 2012,137:2757.

[53]	Shen J, Shi M, Yan B, Ma H, Li N, Hu Y, Ye M . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010,81:434.

[54]	Su R, Shi P, Zhu M, Hong F, Li D . Bioresource Technology, 2012,115:136.

[55]	Shao Q, Wu P, Xu X, Zhang H, Cai C . Physical Chemistry Chemical Physics, 2012,14:9076.

[56]	Jin L, Yang K, Yao K, Zhang S, Tao H, Lee S T, Liu Z, Peng R . ACS Nano, 2012,6:4864.

[57]	Yao K, Tan P, Luo Y, Feng L, Xu L, Liu Z, Li Y, Peng R . ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7:12270.

[58]	Sun X, Feng Z, Hou T, Li Y . ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6:7153.

[59]	Li S, Mulloor J J, Wang L, Ji Y, Mulloor C J, Micic M, Orbulescu J, Leblanc R M . ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6:5704.

[60]	Pattammattel A, Puglia M, Chakraborty S, Deshapriya I K, Dutta P K, Kumar C V . Langmuir, 2013,29:15643.

[61]	De M, Chou S S, Dravid V P . Journal of the American Chemical Society, 2011,133:17524.

[62]	Lee W C, Lim C H Y X, Shi H, Tang L A L, Yu Wang, Lim C T, Loh K P . ACS Nano, 2011,5:7334.

[63]	Zhang C, Chen S, Alvarez P J J, Chen W . Carbon, 2015,94:531.

[64]	Zhang Y, Zhang J, Huang X, Zhou X, Wu H, Guo S . Small, 2012,8:154.

[65]	Patel S K S, Choi S H, Kang Y C, Lee J K . ACS Applied Materials & Interfaces, 2017,9:2213.

[66]	Vineh M B, Saboury A A, Poostchi A A, Rashidi A M, Parivar K . International Journal of Biological Macromolecules, 2018,106:1314.

[67]	Kotchey G P, Allen B L, Vedala H, Yanamala N, Tyurina Y Y, Klein-Seetharaman J, Kagan V E, Kapralov A A, Star A . ACS Nano, 2011,5:2098.

[68]	Cheng C, Nie S, Li S, Peng H, Yang H, Ma L, Sun S, Zhao C . Journal of Materials Chemistry B, 2013,1:265.

[69]	Mu Q, Su G, Li L, Gilbertson B O, Yu L H, Zhang Q, Sun Y P, Yan B . ACS Applied Materials & Interfaces, 2012,4:2259.

[70]	Yoon H H, Bhang S H, Kim T, Yu T, Hyeon T, Kim B S . Advanced Functional Materials, 2014,24:6455.

[71]	Bhattacharya K, Mukherjee S P, Gallud A, Burkert S C, Bistarelli S, Bellucci S, Bottini M, Star A, Fadeel B . Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2016,12:333.

[72]	Chen M L, He Y J, Chen X W, Wang J H . Bioconjugate Chemistry, 2013,24:387.

[73]	Zheng X T, Than A, Ananthanaraya A, Kim D H, Chen P . ACS Nano, 2013,7:6278.

[74]	Hu S H, Fang R H, Chen Y W, Liao B J, Chen I W, Chen S Y . Advanced Functional Materials, 2014,24:4144.

[75]	Singh D P, Herrera C E, Singh B, Singh S, Singh R K, Kumar R . Materials Science and Engineering: C, 2018,86:173.

[76]	Liu Y, Yu D, Zeng C, Miao Z, Dai L . Langmuir, 2010,26:6158.

[77]	Xu X, Huang J, Li J, Yan J, Qin J, Li Z . Chemical Communications, 2011,47:12385.

[78]	Guo C X, Ng S R, Khoo S Y, Zheng X, Chen P, Li C M . ACS Nano, 2012,6:6944.

[79]	Gully B S, Zou J, Cadby G, Passon D M, Iyer K S, Bond C S . Nanoscale, 2012,4:5321.

[80]	Sun Y, Dai H, Chen S, Xu M, Wang X, Zhang Y . Nanotoxicology, 2018,12:117.

[81]	Wang X, Sun X, He H, Yang H, Lao J, Song Y, Xia Y, Xu H, Zhang X, Huang F . Journal of Materials Chemistry B, 2015,3:3583.

[82]	Wu C, Wang C, Han T, Zhou X, Guo S, Zhang J . Advanced Healthcare Materials, 2013,2:1613.

[83]	Wang X, Sun X, Lao J, He H, Cheng T, Wang M, Wang S, Huang F . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014,122:638.

[84]	Shang W, Zhang X, Zhang M, Fan Z, Sun Y, Han M, Fan L . Nanoscale, 2014,6:5799.

[85]	Shang W, Nuffer J H, Dordick J S, Siegel R W . Nano Letter, 2007,7:1991.

[86]	Chong Y, Ma Y, Shen H, Tu X, Zhou X, Xu J, Dai J, Fan S, Zhang Z . Biomaterials, 2014,35:5041.

[87]	Li L, Wu G, Yang G, Peng J, Zhao J, Zhu J J . Nanoscale, 2013,5:4015.

[88]	Huang S, Qiu H, Lu S, Zhu F, Xiao Q . Journal of Hazardous Materials, 2015,285:18.

[1]	Mahmoudi M, Lynch I, Ejtehadi M R, Monopoli M P, Bombelli F B, Laurent S . Chemical Reviews, 2011,111:5610. 0068652d-eb4b-47a4-ba76-12b5e73bd46ehttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21688848
[2]	Singh C, Ali M A, Reddy V, Singh D, Kim C G, Sumana G, Malhotra B D . Sensors and Actuators B: Chemical, 2018,255:2495. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0925400517317197
[3]	Rauf S, Mishra G K, Azhar J, Mishra R K, Goud K Y, Nawaz M A H, Marty J L, Hayat A . Analytical Biochemistry, 2018,545:13. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29339058
[4]	Zheng X T, Ananthanarayanan A, Luo K Q, Chen P . Small, 2015,11:1620. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25521301
[5]	Tang J, Kong B, Wu H, Xu M, Wang Y, Wang Y, Zhao D, Zheng G . Advanced Materials, 2013,25:6569. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23996326
[6]	Dong H, Dai W, Ju H, Lu H, Wang S, Xu L, Zhou S F, Zhang Y, Zhang X . ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7:11015. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25942410
[7]	Bianco A, Cheng H M, Enoki T, Gogotsi Y, Hurt R H, Koratkar N, Kyotani T, Monthioux M, Park C R, Tascon J M D, Zhang J . Carbon, 2013,65:1. f3f94285-5585-470d-a0a0-57a4a3f9236ehttp://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2013.08.038
[8]	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. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15499015
[9]	Ma S, Si Y, Wang F, Su L, Xia C, Yao J, Chen H, Liu X . Scientific Reports, 2017,7:2588. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28566735
[10]	Wang X, Wang Y, He H, Chen X, Sun X, Sun Y, Zhou G, Xu H, Huang F . Journal of Materials Chemistry B, 2016,4:779. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32262959
[11]	Dowaidrar M, Abdelhamind H N, H?llbrink M, Zou X, Langel ü . Biochimica et Biophysica Acta, 2017,1861:2334. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28689990
[12]	Hu W, Peng C, Luo W, Lv M, Li X, Li D, Huang Q, Fan C . ACS Nano, 2010,4.
[13]	Ruiz O N, Fernando K A S, Wang B, Brown N A, Luo P G, McNamara N D, Vangsness M, Sun Y P, Bunker C E . ACS Nano, 2011,5.
[14]	Yang K, Li Y, Tan X, Peng R, Liu Z . Small, 2013,9:1492. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22987582
[15]	Volkov Y, McIntyre J, Prina-Mello A . 2D Materials, 2017,4:022001.
[16]	Sasidharan A, Panchakarla L S, Chandran P, Menon D, Nair S, Rao C N R, Koyakutty M . Nanoscale, 2011,3:2461. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21562671
[17]	Jiao G, He X, Li X, Qiu J, Xu H, Zhang N, Liu S . RSC Advances, 2015,5:53240.
[18]	Jarosz A, Skoda M, Dudek I, Szukiewicz D . Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2016,2016:5851035. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26649139
[19]	Chang Y, Yang S T, Liu J H, Dong E, Wang Y, Cao A, Liu Y, Wang H . Toxicology Letters, 2011,200:201. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21130147
[20]	Akhavan O, Ghaderi E . ACS Nano, 2010,4:5731. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20925398
[21]	Nurunnabi M, Khatun Z, Huh K M, Park S Y, Lee D Y, Cho K J, Lee Y K . ACS Nano, 2013,7:6858. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23829293
[22]	Nafiujjaman M, Kim J, Park H K, Lee Y K . Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2018,57:171.
[23]	Pan D, Guo L, Zhang J, Xi C, Xue Q, Huang H, Li J, Zhang Z, Yu W, Chen Z, Li Z, Wu M . Journal of Materials Chemistry, 2012,22:3314.
[24]	Peng J, Gao W, Gupta B K, Liu Z, Romero-Aburto R, Ge L, Song L, Alemany L B, Zhan X, Gao G, Vithayathil S A, Kaipparettu B A, Marti A A, Hayashi T, Zhu J J, Ajayan P M . Nano Letter, 2012,12:844. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22216895
[25]	Moyano D F, Rotello V M . Langmuir, 2011,27:10376. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21476507
[26]	Wolfram J, Yang Y, Shen J, Moten A, Chen C, Shen H, Ferrari M, Zhao Y . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014,124:17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24656615
[27]	Sanchez V C, Jachak A, Hurt R H, Kane A B . Chemical Research in Toxicology, 2012,25:15. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21954945
[28]	Gan S, Zhong L, Han D, Niu L, Chi Q . Small, 2015,11:5814. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26413807
[29]	Zukiene R, Snitka V . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2015,135:316. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26275837
[30]	Zuo G, Zhou X, Huang Q, Fang H, Zhou R . Journal of Physical Chemistry C, 2011,115:23323. 0d808729-262b-45c5-833f-0286190bc130http://dx.doi.org/10.1021/jp208967t
[31]	Nel A E, M?dler L, Velegol D, Xia T, Hoek E M V, Somasundaran P, Klaessig F, Castranova V, Thompson M . Nature Materals, 2009,8:543. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19525947
[32]	Cheng C, Li S, Thomas A, Kotov N A, Haag R . Chemical Reviews, 2017,117:1826. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28075573
[33]	Chen X, Hai X, Wang J . Analytica Chimica Acta, 2016,922:1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27154826
[34]	Geim A K, Novoselov K S . Nature Materials, 2007,6:183. a9fd4cc9-802d-4a77-b3b4-78448a92f870https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17330084
[35]	Ahadian S, Estili M, Surya V J, Ramón-Azcón J, Liang X, Shiku H, Ramalingam M, Matsue T, Sakka Y, Bae H, Nakajima K, Kawazoec Y, Khademhosseini A . Nanoscale, 2015,7:6436. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25779762
[36]	Kuila T, Bose S, Mishra A K, Khanra P, Kim N H, Lee J H . Progress in Materials Science, 2012,57:1061.
[37]	Alava T, Mann J A, Théodore C C, Benitez J J, Dichtel W R, Parpia J M, Craighead H G . Analytical Chemistry, 2013,85:2754. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23363062
[38]	Luan B, Huynh T, Zhao L, Zhou R . ACS Nano, 2015,9:663. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25494677
[39]	Dong H, Zhu Z, Ju H, Yan F . Biosensors and Bioelectronics, 2012,33:228. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22305443
[40]	Shan C, Yang H, Han D, Zhang Q, Ivaska A, Niu L . Langmuir, 2010,26:12030.
[41]	Liu Z, Jiang L, Galli F, Nederlof I, Olsthoorn R C L, Lamers G E M, Oosterkamp T H, Abrahams J P . Advanced Functional Materials, 2010,20:2857. http://doi.wiley.com/10.1002/adfm.201000761
[42]	Lu F, Zhang S, Gao H, Jia H, Zheng L . ACS Applied Materials & Interfaces, 2012,4:3278. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22692825
[43]	Huang C, Bai H, Li C, Shi G . Chemical Communications, 2011,47:4962. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21431118
[44]	Kiew S F, Kiew L V, Lee H, Imae T, Chung L Y . Journal of Controlled Release, 2016,226:217. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26873333
[45]	Zhang Y, Wu C, Guo S, Zhang J . Nanotechnology Reviews, 2013,2:27.
[46]	Kuchlyan J, Kundu N, Banik D, Roy A, Sarkar N . Langmuir, 2015,31:13793. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26646418
[47]	Hu W, Peng C, Lv M, Li X, Zhang Y, Chen N, Fan C, Huang Q . ACS Nano, 2011,5:3693. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21500856
[48]	Ding Z, Ma H, Chen Y . RSC Advances, 2014,4:55290. c6a3cbe7-fcf8-468a-bc51-dd02403380f3http://dx.doi.org/10.1039/c4ra09613d
[49]	Li H, Fierens K, Zhang Z, Vanparijs N, Schuijs M J, Steendam K V, Gracia N l F, Rycke R D, Beer T D, Beuckelaer A D, Koker S D, Deforce D, Albertazzi L, Grooten J, Lambrecht B N, Geest B G D . ACS Applied Materials & Interfaces, 2016,8:1147. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26694764
[50]	Novak M J, Pattammattel A, Koshmerl B, Puglia M, Williams C, Kumar C V . ACS Catalysis, 2015,6:339.
[51]	Zhang J, Zhang F, Yang H, Huang X, Liu H, Zhang J, Guo S . Langmuir, 2010,26:6083. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20297789
[52]	Xu G, Chen X, Hu J, Yang P, Yang D, Wei L . Analyst, 2012,137:2757. fc99eeaf-2ed0-4770-b226-372b19aec64dhttp://dx.doi.org/10.1039/c2an35093a
[53]	Shen J, Shi M, Yan B, Ma H, Li N, Hu Y, Ye M . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010,81:434. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20728319
[54]	Su R, Shi P, Zhu M, Hong F, Li D . Bioresource Technology, 2012,115:136. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22244904
[55]	Shao Q, Wu P, Xu X, Zhang H, Cai C . Physical Chemistry Chemical Physics, 2012,14:9076. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22641400
[56]	Jin L, Yang K, Yao K, Zhang S, Tao H, Lee S T, Liu Z, Peng R . ACS Nano, 2012,6:4864. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22574614
[57]	Yao K, Tan P, Luo Y, Feng L, Xu L, Liu Z, Li Y, Peng R . ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7:12270. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25985836
[58]	Sun X, Feng Z, Hou T, Li Y . ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6:7153. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24801143
[59]	Li S, Mulloor J J, Wang L, Ji Y, Mulloor C J, Micic M, Orbulescu J, Leblanc R M . ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6:5704. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24684375
[60]	Pattammattel A, Puglia M, Chakraborty S, Deshapriya I K, Dutta P K, Kumar C V . Langmuir, 2013,29:15643. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24274382
[61]	De M, Chou S S, Dravid V P . Journal of the American Chemical Society, 2011,133:17524. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21954932
[62]	Lee W C, Lim C H Y X, Shi H, Tang L A L, Yu Wang, Lim C T, Loh K P . ACS Nano, 2011,5:7334. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21793541
[63]	Zhang C, Chen S, Alvarez P J J, Chen W . Carbon, 2015,94:531.
[64]	Zhang Y, Zhang J, Huang X, Zhou X, Wu H, Guo S . Small, 2012,8:154. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22038754
[65]	Patel S K S, Choi S H, Kang Y C, Lee J K . ACS Applied Materials & Interfaces, 2017,9:2213. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28004579
[66]	Vineh M B, Saboury A A, Poostchi A A, Rashidi A M, Parivar K . International Journal of Biological Macromolecules, 2018,106:1314. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28851646
[67]	Kotchey G P, Allen B L, Vedala H, Yanamala N, Tyurina Y Y, Klein-Seetharaman J, Kagan V E, Kapralov A A, Star A . ACS Nano, 2011,5:2098. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21344859
[68]	Cheng C, Nie S, Li S, Peng H, Yang H, Ma L, Sun S, Zhao C . Journal of Materials Chemistry B, 2013,1:265. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32260750
[69]	Mu Q, Su G, Li L, Gilbertson B O, Yu L H, Zhang Q, Sun Y P, Yan B . ACS Applied Materials & Interfaces, 2012,4:2259. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22409495
[70]	Yoon H H, Bhang S H, Kim T, Yu T, Hyeon T, Kim B S . Advanced Functional Materials, 2014,24:6455. 88c11d20-08b4-4cca-8312-de4c288b54aahttp://dx.doi.org/10.1002/adfm.201400793
[71]	Bhattacharya K, Mukherjee S P, Gallud A, Burkert S C, Bistarelli S, Bellucci S, Bottini M, Star A, Fadeel B . Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2016,12:333.
[72]	Chen M L, He Y J, Chen X W, Wang J H . Bioconjugate Chemistry, 2013,24:387. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23425155
[73]	Zheng X T, Than A, Ananthanaraya A, Kim D H, Chen P . ACS Nano, 2013,7:6278. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23799995
[74]	Hu S H, Fang R H, Chen Y W, Liao B J, Chen I W, Chen S Y . Advanced Functional Materials, 2014,24:4144. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22544807
[75]	Singh D P, Herrera C E, Singh B, Singh S, Singh R K, Kumar R . Materials Science and Engineering: C, 2018,86:173. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29525091
[76]	Liu Y, Yu D, Zeng C, Miao Z, Dai L . Langmuir, 2010,26:6158. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20349968
[77]	Xu X, Huang J, Li J, Yan J, Qin J, Li Z . Chemical Communications, 2011,47:12385. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22011887
[78]	Guo C X, Ng S R, Khoo S Y, Zheng X, Chen P, Li C M . ACS Nano, 2012,6:6944. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22793649
[79]	Gully B S, Zou J, Cadby G, Passon D M, Iyer K S, Bond C S . Nanoscale, 2012,4:5321. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22833181
[80]	Sun Y, Dai H, Chen S, Xu M, Wang X, Zhang Y . Nanotoxicology, 2018,12:117. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29338479
[81]	Wang X, Sun X, He H, Yang H, Lao J, Song Y, Xia Y, Xu H, Zhang X, Huang F . Journal of Materials Chemistry B, 2015,3:3583. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32262242
[82]	Wu C, Wang C, Han T, Zhou X, Guo S, Zhang J . Advanced Healthcare Materials, 2013,2:1613. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23703800
[83]	Wang X, Sun X, Lao J, He H, Cheng T, Wang M, Wang S, Huang F . Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014,122:638. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25129696
[84]	Shang W, Zhang X, Zhang M, Fan Z, Sun Y, Han M, Fan L . Nanoscale, 2014,6:5799. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24740121
[85]	Shang W, Nuffer J H, Dordick J S, Siegel R W . Nano Letter, 2007,7:1991.
[86]	Chong Y, Ma Y, Shen H, Tu X, Zhou X, Xu J, Dai J, Fan S, Zhang Z . Biomaterials, 2014,35:5041. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24685264
[87]	Li L, Wu G, Yang G, Peng J, Zhao J, Zhu J J . Nanoscale, 2013,5:4015. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23579482
[88]	Huang S, Qiu H, Lu S, Zhu F, Xiao Q . Journal of Hazardous Materials, 2015,285:18. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25462867