由于其独特的理化性质，氧化石墨烯 (GO)、石墨烯和还原氧化石墨烯 (rGO)为主的石墨烯基纳米材料（GBN）功能化开发一直是研究热点。2021年底在线发表并收录在2022年“Journal of Molecular Liquids”期刊的研究论文系统介绍了利用有机和无机化合物、聚合物材料、生物分子和抗癌药物的基于石墨烯的纳米材料(GBN)功能化，研究人员通过改变GBN功能化的程序可以获得具有所需特性的纳米材料，这些材料可用于开发具有增强物理化学特性的材料、用于药物输送的纳米平台、用于检测各种生物分子的纳米生物传感器，以及用于生物成像和诊断的纳米材料.

链接：https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118368

石墨烯与有机分子的共轭

酰胺化、酯化和卤化过程可用于将石墨烯结构与有机化合物共价或非共价官能化。研究人员已经展示了石墨烯量子点的共价功能化过程，其中石墨烯表面被有机化合物功能化，如二醇、二胺和二硫醇，用于生物成像应用。

石墨烯的无机修饰

石墨烯的界面可以用无机分子例如金属和金属氧化物纳米结构进行功能化。根据文献综述，GBN与用于生物医学应用和抗菌目的的金属纳米颗粒进行非共价功能化，例如金、铂等金属纳米颗粒；GBN与金属氧化物纳米粒子的非共价功能化产生纳米材料，以创建用于单链 RNA 检测的抗菌药物化学和生物检测器；GBN与 Fe₃O₄磁性纳米粒子的共价和非共价功能化使得用于药物递送和癌症传感的纳米材料的开发成为可能。

石墨烯的聚合物官能化

通过化学和非共价接触，石墨烯和GO可以用各种聚合物进行功能化。开发的纳米粒子可用于发电、催化和医疗保健。比如，研究人员证明了用聚乙烯醇(PVA)共价官能化GO以对其改性，改性后杨氏模量增加60%，机械强度增加400%，以及增加接触角值来降低表面粗糙度。

石墨烯的药物掺杂

据研究人员称，GO与磺酸基团和叶酸的共价功能化使他们能够提高对MCF7细胞（人乳腺癌细胞系）的选择性。与单个药物相比，通过非共价修饰整合抗癌药物可显着提高治疗效果。GO与氯毒素(CTX)的共价修饰改善了向神经胶质瘤细胞的药物递送。

石墨烯的生物分子修饰

石墨烯和GO与链长蛋白质、催化剂和聚合物共价或非共价连接。该材料可用于制造对抗原等微小分子具有极高灵敏度的探测器。GBN 与生物分子（如酶、糖和病原体）的共价和非共价缀合，用于各种药物应用、癌症护理、合成生物学、生物成像以及用于识别极低剂量生物分子的生物材料的进步，例如作为核酸、肽或蛋白质，特别是用于疾病检测。

小结

论文描述了石墨烯表面共价和非共价功能化的研究结果。GBN 的功能化改善了其电磁、光子、热力学、电学和物理特性。除此之外，GBN 还被用作发电（聚变反应堆、电池、太阳能电池板）、智能材料制造、纳米增强剂以开发具有更高热效率的热交换介质以及水处理和净化的物质。

编译 YUXI