劉一飛 陳云豐*

石墨烯材料（graphene materials），泛指與石墨烯(graphene,G)相關(guān)的二維碳材料，主要包括石墨烯及其衍生物[1]。石墨烯于2004年英國曼切斯特大學(xué)科學(xué)家Novoselov等[2]通過微機(jī)械力剝離制備而得，其結(jié)構(gòu)是由碳原子以sp2雜化軌道組成，只有一個碳原子厚度。由于石墨烯的獨(dú)特理化性質(zhì)和生物相容性，其不僅在電子器件、新型材料方面得到了廣泛研究，在醫(yī)用領(lǐng)域（包括生物傳感、疾病診斷、藥物載體和基因傳遞、抗菌和抗病毒材料、細(xì)胞和腫瘤成像、腫瘤的光熱治療以及組織工程）也具有潛在的應(yīng)用前景[3]。

石墨烯相關(guān)的納米材料有很多種，其中與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的主要有氧化石墨烯 (graphene oxide，GO)、還原性氧化石墨烯 (reduced graphene oxide，rGO)、石墨烯納米片(graphene nanosheets，GNS)等，它們在結(jié)構(gòu)、尺寸、表面基團(tuán)等方面各不相同，從而具有不同的應(yīng)用價值[4]。本文將從石墨烯材料的生物相容性、成骨活性、抗菌能力等角度，總結(jié)近年來在骨科領(lǐng)域的研究進(jìn)展，以期為未來基礎(chǔ)和臨床研究提供可取的信息。

圖1，石墨烯，氧化石墨烯，還原性氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖。

1 石墨烯材料的生物相容性

石墨烯及其衍生物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，首先應(yīng)該評估其生物相容性。碳納米材料的形狀和物理化學(xué)特性對于細(xì)胞，組織和器官的相互作用起著非常重要的作用[5]。

1.1 細(xì)胞毒性

大量研究表明，石墨烯材料對于細(xì)胞的毒性，呈尺寸依賴性和濃度依賴性[6]。一般而言，高濃度、大尺寸的石墨烯材料顆粒，對細(xì)胞的損傷是不可忽略的，這些損傷包括：細(xì)胞壞死或凋亡、溶血與血栓、誘導(dǎo)免疫炎癥反應(yīng)等[6]。Wang等[6]測試了GO對人成纖維細(xì)胞的毒性，GO與細(xì)胞共培養(yǎng)5天后結(jié)果顯示，小于20 g/mL的GO對細(xì)胞無明顯毒性，而大于50 g/mL的GO可因介導(dǎo)細(xì)胞凋亡而顯示出毒性。Chng等[7]報道了相同濃度的GO，大尺寸GO（310 nm×5000 nm）對 A549細(xì)胞的毒性要大于小尺寸 GO（100 nm×100 nm）。Peruzynska M[8]則比較了相同濃度下的單層GO和4層 GO對細(xì)胞的毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4層 GO的毒性低于單層GO，可能是由于單層GO暴露更多的含氧基團(tuán)進(jìn)而產(chǎn)生更多的氧自由基 ROS。由于GO合成工藝不同和尺寸大小不一，其細(xì)胞毒性的標(biāo)準(zhǔn)也因?qū)嶒?yàn)條件而異。但為了確保石墨烯材料的生物安全性，應(yīng)至少保證其低濃度（＜50 g/mL～80 g/mL）和小尺寸（＜100 nm）。

1.2 石墨烯材料在體內(nèi)的生物學(xué)行為

按照體內(nèi)藥代動力學(xué)原理分析，經(jīng)靜脈注射的石墨烯材料在體內(nèi)的吸收和分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律。一般而言，小尺寸GO（100 nm ～500 nm）主要積累在肝、脾中，而大尺寸GO（1 m～5 m）主要積累在肺部[11]，可能與大尺寸GO能吸附血清蛋白形成較大的 GO蛋白復(fù)合物有關(guān)[12]。在高劑量（10 mg/kg）注射GO時，可以發(fā)現(xiàn)肉芽腫性損傷、肺水腫、炎性細(xì)胞浸潤和纖維蛋白溶解[11]。石墨烯材料被細(xì)胞攝取的方式，也隨尺寸大小而不同。Mu等人[13]研究小鼠間充質(zhì)祖細(xì)胞C2C12與被蛋白修飾后GO（protein-coated GO，PCGO）的相互作用時發(fā)現(xiàn)，較大尺寸的GO（500 nm～1 m），由細(xì)胞吞噬作用形成吞噬小體 (phagosome)進(jìn)入細(xì)胞，而較小尺寸的GO（～500 nm），由細(xì)胞胞吞作用形成胞內(nèi)體 (endosome)進(jìn)入細(xì)胞，兩者均進(jìn)入溶酶體進(jìn)行降解（見圖2）。

圖2，細(xì)胞攝取大、小尺寸的GO過程示意圖[13]。PCGO：蛋白修飾后的GO（protein-coated GO）。較大尺寸的GO（500 nm～1 m），由細(xì)胞吞噬作用形成吞噬小體進(jìn)入細(xì)胞，而較小尺寸的GO（～500 nm），由細(xì)胞胞吞作用形成胞內(nèi)體進(jìn)入細(xì)胞，兩者均進(jìn)入溶酶體進(jìn)行降解。

而對于石墨烯材料的降解，一般符合以下規(guī)律：尺寸越小越易降解[14]；含氧量越高，可降解性越好，即GO＞rGO＞G[15]。在細(xì)胞層面，石墨烯的降解主要由中性粒細(xì)胞和吞噬細(xì)胞參與[16]。通過胞吞等方式進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的石墨烯最終達(dá)到溶酶體，在三種過氧化物酶：MPO、EPO、LPO共同參與下，完成生物降解過程[14]，有學(xué)者使用氣相色譜-質(zhì)譜分析法（GC-MS）分析，證明了GO最終氧化產(chǎn)物是

1.3 石墨烯材料的功能化修飾

GO分子中有豐富的含氧基團(tuán)（如-OH，-COOH等等），通過與這些含氧基團(tuán)形成共價或非共價鍵，使某些有機(jī)大分子物質(zhì)與GO相連，稱為GO的功能化或功能化修飾。這些大分子包括：聚乙二醇（PEG）、殼聚糖（CS）、聚乙烯亞胺（PEI）、牛血清蛋白（BSA）等等。修飾大分子之后的GO大大減少了自身的細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性，可降解性，也賦予了GO負(fù)載藥物和蛋白的功能（如抗腫瘤藥物、BMP等）[18,19]。在用PEG化石墨烯以20 mg/kg注射小鼠后，在90天后通過組織學(xué)和血液學(xué)分析證實(shí)，沒有顯著的毒性[20]。功能化GO毒性降低可能由于以下幾個原因：功能基團(tuán)使其在不同的溶液中更加分散和穩(wěn)定，避免聚集；減弱GO與細(xì)胞和組織之間的疏水相互作用；改變了表面電荷，降低了靜電排斥，從而改善細(xì)胞攝取[21]。另外，功能化的 GO雖然細(xì)胞毒性降低，但仍保留一定對細(xì)菌的殺傷力，詳見下文論述。

由于基于石墨烯的材料可以被功能化，其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的前景越來越受到關(guān)注。盡管如此，功能化石墨烯的潛在長期不利影響也不容忽視。在材料可以在生物系統(tǒng)中大量使用之前，需要進(jìn)一步研究其安全性、生物分布和不利影響。

2 石墨烯材料在干細(xì)胞成骨分化中的作用

2.1 石墨烯材料對MSC成骨分化的影響

骨組織重建，是骨科臨床工作中最主要的問題。隨著干細(xì)胞治療思路的發(fā)展，基于人間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSC）的成骨分化能力進(jìn)行骨組織重建一直是組織工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，有多項(xiàng)研究表明，石墨烯材料對MSC有粘附和促成骨分化作用。

G加速了MSC的成骨分化并增加了骨鈣素的表達(dá)和鈣鹽沉積。Nayak等人[22]使用化學(xué)氣相沉積法（CVD），將石墨烯涂覆在四種具有不同的剛度和表面粗糙度的基底物（聚二甲基硅氧烷（PDMS），PET，玻璃載片和Si/SiO2）表面，并用這些基底物培養(yǎng)hMSC，以研究石墨烯對干細(xì)胞生長的影響。結(jié)果 如圖3所示（縱坐標(biāo)代表鈣鹽沉積程度），當(dāng)沒有BMP-2培養(yǎng)時，與沒有石墨烯的基底物相比，具有石墨烯的所有四個基質(zhì)顯示出較高的鈣鹽沉積。此外，即使在與BMP-2一起培養(yǎng)后，具有石墨烯的組顯示較高的鈣鹽沉積。同時石墨烯增強(qiáng)了骨鈣素的表達(dá)，并加速了 hMSC中的鈣沉積。這證明石墨烯不僅表現(xiàn)出促進(jìn) hMSCs的成骨趨勢，而且與BMP-2一起協(xié)同作用于骨組織生成。

圖3，不同細(xì)胞培養(yǎng)基底材質(zhì)上有無石墨烯對hMSC中茜素紅染色（鈣鹽沉積程度）的影響（左：未加入BMP-2；右：加入BMP-2）[22]

G和GO對成骨誘導(dǎo)劑有吸附濃縮的作用。Lee等人[23]使用石墨烯作為基底物培養(yǎng) MSC，并在培養(yǎng)過程中，加入成骨誘導(dǎo)劑，如胰島素，地塞米松，磷酸 -甘油酯和抗壞血酸。如圖所示，含有成骨誘導(dǎo)劑和G/GO組的鈣鹽沉積高于其他組。與之前完成化學(xué)誘導(dǎo)的成骨分化需要21天[24]相比，使用石墨烯只需要12天。由于分子中芳香環(huán)和石墨烯基底層之間的 -堆疊，地塞米松可以被吸附[23]。而抗壞血酸的-OH部分和GO之間形成的氫鍵的程度，GO易于與抗壞血酸結(jié)合[23,25]。石墨烯材料吸附典型的成骨誘導(dǎo)劑如地塞米松和 -甘油磷酸酯的能力，最終加速了成骨分化過程[23,25]。由此可見，石墨烯材料可以通過吸附濃縮成骨誘導(dǎo)劑而加速干細(xì)胞成骨分化過程。

圖4，A在不同細(xì)胞培養(yǎng)基底物（PDMS,G,GO）上培養(yǎng)BMSC 12小時后茜素紅染色情況（i，iii，V有成骨誘導(dǎo)劑；ii，iv，vi無成骨誘導(dǎo)劑）；B不同基底物和有無成骨誘導(dǎo)劑條件下，茜素紅染色定量分析[23]。

MSC在G基底物表面，呈有利于成骨分化的紡錘形態(tài)生長。在Kalbacova等人[26]的實(shí)驗(yàn)中，在G和SiO2基底物上MSC細(xì)胞生長呈現(xiàn)顯著差異。培養(yǎng)48小時后，在G上生長的MSC呈現(xiàn)紡錘形并均勻覆蓋整個基底，而SiO2上生長的MSC呈現(xiàn)多邊形并聚集成簇，形成相互分離的“島”。MSC的細(xì)胞形態(tài)與不同譜系的分化方向有關(guān)[27]，是調(diào)節(jié)生物過程如細(xì)胞增殖和進(jìn)一步分化的主要因素之一[27,28]。與在氧化硅上培養(yǎng)的多邊形細(xì)胞相比，石墨烯上的紡錘形 MSC和成骨細(xì)胞可顯示更高的增殖率。細(xì)胞群體中這種形態(tài)分化可能與石墨烯的表面疏水性質(zhì)、表面的粗糙度和形狀、細(xì)胞與基底物的分子間作用力有關(guān)[29,30]。

2.2 石墨烯復(fù)合生物材料對MSC成骨分化的影響

2.2.1 石墨烯復(fù)合無機(jī)材料

羥基磷灰石（HA）是一種磷酸鈣陶瓷，因?yàn)槠渑c骨骼中天然磷灰石的化學(xué)相似性[31]，通常用于骨修復(fù)或再生。GO添加到HA涂層可以增加鈦上的涂層粘附強(qiáng)度，與純HA涂層相比，GO/HA復(fù)合涂層的耐腐蝕性也更好。此外，與鈦基底相比，GO改性的涂層具有更高的細(xì)胞活力[32]。在硅酸鈣中添加1.5%的石墨烯，可以增強(qiáng)材料的耐磨性，并提高其細(xì)胞粘附性[33]。Lee等人[34]則證實(shí)了rGO與HA協(xié)同增強(qiáng)了hMSCs的自發(fā)成骨分化。Rameshwar[35]的團(tuán)隊(duì)合成了GO-CaP納米復(fù)合材料，體外培養(yǎng)hMSCs以檢測GO-CaP的成骨誘導(dǎo)能力。免疫熒光染色結(jié)果顯示，GO-CaP成骨活性最高，其次是 CaP、GO、對照組，如圖5。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，GO-CaP納米復(fù)合材料不僅促進(jìn)了hMSCs的成骨，而且促進(jìn)了成骨細(xì)胞的鈣沉積。GO-CaP，2周后免疫熒光圖像顯示骨鈣素（OCN）和堿性磷酸酶（ALP）的含量均為GO-CaP組最高（綠色代表OCN或ALP）[35]。

圖5，GO-CaP的成骨誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)：MSC體外培養(yǎng)時加入分別GO、CaP、

2.2.2 石墨烯復(fù)合有機(jī)高分子材料

有機(jī)高分子聚合物經(jīng)過石墨烯修飾，不僅材料性質(zhì)發(fā)生變化，也能為細(xì)胞存活和分化提供了更好的環(huán)境。向明膠基復(fù)合物中加入1wt%的GO顯著提高了拉伸強(qiáng)度，楊氏模量和斷裂能分別為84%，65%和158%[36]。添加rGO后的殼聚糖的粗糙度和表面積的增加，從而增強(qiáng)了MSC的粘附和成骨細(xì)胞分化[37]。GO-聚己內(nèi)酯（GO-PCL）在模擬體液中，可通過促進(jìn)HA納米顆粒的集結(jié)而增強(qiáng)生物礦化過程[38]。

另外，石墨烯可以通過膠體化學(xué)原理形成自支撐石墨烯水凝膠（SGH），由于石墨烯的固有波紋和相鄰石墨烯片之間的溶劑化排斥，導(dǎo)致在SGH內(nèi)集中的大量分離的石墨烯片[39]。在大鼠的皮下植入 SGH膜12周后可見形成微小新血管。SGH膜不僅允許BMSC的細(xì)胞粘附和增殖，還能夠刺激干細(xì)胞的成骨分化而無需額外的化學(xué)誘導(dǎo)劑。這種能力可以歸因于SGH膜的波紋結(jié)構(gòu)和多孔表面，其可作為細(xì)胞粘附的錨定點(diǎn)并通過改變細(xì)胞骨架張力而影響細(xì)胞形態(tài)[39]。

3 石墨烯材料的抗菌作用

GO的抗菌作用由Hu等[40]在2010年首次報道。他們將濃度為85 g/mL的GO與大腸埃希菌共同培養(yǎng)2 h，發(fā)現(xiàn)大腸埃希菌數(shù)量減少了98.5%。隨后眾多研究者紛紛報道了GO的抗菌作用：GO對金黃色葡萄球菌、沙門菌、大腸埃希菌等G+菌和G-菌均有良好的抗菌作用，其抗菌活性成濃度依賴性和時間依賴性[41-43]。Liu等[43]評價了不類型的石墨烯材料的抗菌效果，結(jié)果顯示rGO的抗菌效果最好，其次是GO。在此研究的基礎(chǔ)上，近期的工作主要是研究石墨烯復(fù)合無機(jī)低分子和復(fù)合有機(jī)高分子材料的抗菌性能。Lim等[44]比較了CS（殼聚糖）、GO、rGO、CS/GO和CS/rGO對銅綠色假單胞菌的抗菌效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CS/rGO在低濃度時，即可顯示明顯的抑菌效果。除此之外，聚乙烯亞胺(PEI)-rGO-AgNP復(fù)合納米材料[45]、Ag@rGOFe3O4-PEI[46]復(fù)合材料等也被證明有很好的抗菌效果。

與骨科內(nèi)植物相關(guān)的感染中，細(xì)菌形成生物膜是感染難以治愈的重要原因。近年來許多學(xué)者針對如何破壞生物膜做了大量研究，如朱晨等人[47,48]研究了人 防御素3有抑制細(xì)菌形成生物膜的作用。同樣，石墨烯材料也被證明有抗生物膜作用。Guo等人[49]發(fā)現(xiàn)rGO在大于50 g/mL的濃度時可以顯著抑制大腸桿菌和金葡菌的生物膜形成。Shatavari Kulshrestha等人利用GO復(fù)合納米Ag，發(fā)現(xiàn)GO-Ag在94

g/mL和47 g/mL濃度下能分別抑制金葡菌和大腸桿菌生物膜的形成[50]。Sachin Kumar等人使用GO復(fù)合聚己內(nèi)酯（GO-PCL），發(fā)現(xiàn)其對大腸埃希菌生物膜的形成有顯著的抑制作用[51]。Jia等人制備了金屬鈦表面的GO涂層，觀察到其對金葡菌生物膜具有破壞和抑制作用[52]。由此可見GO對游離細(xì)菌和細(xì)菌形成的生物膜，都具有殺傷作用。

圖6，氧化石墨烯的抗菌作用機(jī)制：A納米刀片；B活性氧（ROS）誘導(dǎo)氧化應(yīng)激；C網(wǎng)狀包裹[53]。

4 總結(jié)與展望

由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和卓越的性能，石墨烯及其衍生物具有巨大的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力。石墨烯修飾的底物和材料有良好的生物相容性，允許細(xì)胞粘附和增殖，可以功能化以結(jié)合生物分子，加速M(fèi)SC增殖分化，改變MSC的生長形態(tài)以促進(jìn)其分化成成骨譜系，這些使得石墨烯材料作為成骨分化誘導(dǎo)劑有很好的前景。同時石墨烯材料以其不同于抗生素的殺菌能力，在解決抗生素耐藥性領(lǐng)域也越來越受到關(guān)注。另外，由于石墨烯的功能化賦予了自身卓越的載藥性能，在藥物和活性蛋白的緩釋方面也有不俗的表現(xiàn)。而在骨科領(lǐng)域，石墨烯材料以其優(yōu)越的成骨活性和殺菌特性，在治療骨感染方面可能有令人預(yù)料不到的優(yōu)勢。但在其臨床應(yīng)用之前，仍存在一些挑戰(zhàn)：是石墨烯材料的細(xì)胞毒性和降解性，但由于對其毒性機(jī)制和降解機(jī)制的研究已經(jīng)比較成熟，相信不久的將來會出現(xiàn)令人滿意的解決方法。是缺乏對由石墨烯刺激的干細(xì)胞分化所涉及的機(jī)制和信號通路的的理解，目前尚未有學(xué)說予以解釋。此外，應(yīng)用于體內(nèi)之前，一定要充分評估其在組織和器官中的生物分布及其代謝途徑。盡管用于骨科領(lǐng)域的石墨烯的研究仍處于早期發(fā)展階段，但鑒于其優(yōu)越的性能，石墨烯材料會有光明的未來。

[1] 中國科學(xué)院金屬研究所、東南大學(xué)、泰州石墨烯研究及檢測平臺、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、泰州巨納新能源有限公司.Q/LM01CGS001-2013石墨烯材料的名稱術(shù)語和定義[S]//中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟.北京:2013.

[2] Novoselov K.S,Geim A.K,Morozov SV,et al.Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science,2004,306(5696):666-669.

[3] Nezakati T,Cousins BG,Seifalian AM.Toxicology of chemically modified graphene-based materials for medical application[J].Arch Toxicol,2014,88(11):1987-2012.

[4]Sanchez VC, Jachak A, Hurt RH, et al. Biological interactions ofgraphene—family nanomaterials: an interdiscip1inary review[J]Chem Res Toxieol, 2011, 25(1): 15-34.

[5] Zhang Y, Ali SF, Dervishi E, et al. Cytotoxicity effects of grapheneand single-wall carbon nanotubes in neural phaeochromocytomaderivedPC12 cells[J]. ACS Nano, 2010, 4(6): 3181-3186.

[6] Wang K,Ruan J,Song H,et al.Biocompatibility of Graphene Oxide[J].Nanoscale research letters,2011,6(1):8.

[7] Chng EL, Chua CK, Pumera M. Graphene oxide nanoribbons exhibitsignificantly greater toxicity than graphene oxide nanoplatelets[J]. Nanoscale, 2014, 6(18): 10792-10797.

[8] Peruzynska M, Cendrowski K, Barylak M, et al. Comparative invitro study of single and four layer graphene oxide nanoflakes -Cytotoxicity and cellular uptake[J]. Toxicology in vitro : an internationaljournal published in association with BIBRA. 2017,41: 205-213.

[9] Sasidharan A, Panchakarla LS, Chandran P, , et al. Differentialnano-bio interactions and toxicity effects of pristine versus functionalizedgraphene[J]. Nanoscale. 201, 3(6): 2461-2464.

[10]陳芳，劉琴，王麗平，等.納米材料產(chǎn)生細(xì)胞毒性原因的研究進(jìn)展[J].生物骨科材料與臨床研究，2015，12(01):67-71.

[11]Zhang XY, Yin JL, Peng C, et al.Distribution and biocompatibilitystudies of graphene oxide in mice after intravenous administration[J]. Carbon, 2011, 49(3): 986-995.

[12]Hu W,Peng C,Lv M,et al.Protein coronamediated mitigation of cytotoxicity ofgraphene oxide[J].ACS Nano,2011,5:3693-3700.

[13]Mu Q,Su G,Li L,et al.Size-dependent cell uptake of protein-coated graphene oxide nanosheets[J].ACS Appl.Mater.Interfaces,2012,4(4):2259-2266.

[14]Bhattacharya K,Mukherjee SP,Gallud A,et al.Biological interactions of carbon-based nanomaterials:From coronation to degradation[J].Nanomedicine.2016,12(2):333-351.

[15]Holt BD,Wright ZM,Arnold AM,et al.Graphene oxide as a scaffold for bone regeneration[J].Wiley interdisciplinary reviews Nanomedicine and nanobiotechnology,2017,9(3):e1437.

[16]Girish CM,Sasidharan A,Gowd GS,et al.Confocal Raman imaging study showing macrophage mediated biodegradation of graphene in vivo[J].Adv Healthc Mater,2013,2:1489-500.

[17]Kotchey GP,Allen BL,Vedala H,et al.The enzymatic oxidation of graphene oxide[J].ACS nano,2011,5(3):2098-2108.

[18]SLiu Z,Robinson JT,Sun X,et al.PEGylated nanographene oxide for delivery of water-insoluble cancer drugs[J].Journal of the American Chemical Society,2008,130(33):10876-10877.

[19]Zhang LM,Xia JG,Zhao QH,et al.Functional graphene oxide as a nanocarrier for controlled loading and targeted delivery of mixed anticancer drugs[J].Small,2010,6(4):537-544.

[20]Yang K,Wan J,Zhang S,et al.In vivo pharmacokinetics,long-term biodistribution,and toxicology of PEGylated graphene in mice[J].ACS Nano,2011,5(1):516-522.

[21]Zhang Y,Nayak TR,Hong H,Cai W.Graphene:a versatile nanoplatform for biomedical applications[J].Nanoscale,2012,4(13):3833-3842.

[22]Nayak TR,Andersen H,Makam VS,etal.Graphene for controlled and accelerated osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells[J].ACS Nano,2011,5(6):4670-4678.

[23]WC.Lee,C.H.Y.X.Lim,H.Shi,et al.Origin of enhanced stem cell growth and differentiation on graphene and graphene oxide[J].ACS Nano,2011,9(5):7334-7341,2011.

[24]Pittenger MF,Mackay AM,Beck SC,et al.Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells[J].Science,1999,284(5411):143-147.

[25]Akhavan,E.Ghaderi,M.Shahsavar.Graphene nanogrids for selective and fastosteogenic differentiation ofhuman mesenchymal stem cells[J].Carbon,2013,59(7):200-211.

[26]Kalbacova M,Broz A,Kong J,et al.Graphene substrates promote adherence of human osteoblasts and mesenchymal stromal cells[J].Carbon,2010,48(15):4323-4329.

[27]R.McBeath,D.M.Pirone,C.M.Nelson,et al.Cell shape,cytoskeletal tension,and RhoA regulate stem cell lineage commitment[J].Developmental Cell,2004,6(4):483-495.

[28]Chen CS,Mrksich M,Huang S,et al.Geometric control of cell life and death[J].Science,1997,276(5317):1425-1428.

[29]Leenaerts O,Partoens B,Peeters FM.Water on graphene:hydrophobicity and dipole moment using density functional theory[J].Phys Rev B,2009,79:235440-235445.

[30]Akasaka T,Yokoyama A,Matsuoka M,et al.Thin films of singlewalled carbon nanotubes promote human osteoblastic cells(Saos-2)proliferation in low serum concentrations[J].Mater Sci Eng C-Mater Biol Appl,2010,30(3):391-399.

[31]Depan D,Girase B,Shah JS,et al.Structure-process-property relationship of the polar graphene oxide-mediated cellular response and stimulated growth of osteoblasts on hybrid chitosan network structure nanocomposite scaffolds Graphene oxide as a scaffold for bone regeneration[J].Acta biomaterialia,2011,7(9):3432-3445.

[32]M.Li,Q.Liu,Z.Jia et al.Graphene oxide/hydroxyapatite compos-ite coatings fabricated by electrophoretic nanotechnology for biological applications Graphene oxide as a scaffold for bone regeneration[J].Carbon,2014,67(34):185-197.

[33]Xie Y,Li H,Zhang C,et al.Graphene-reinforced calcium silicate coatings forload-bearing implants[J].Biomedical materials,2014,9(2):025009.

[34]Lee JH,Shin YC,Jin OS,et al.Reduced graphene oxide-coated hydroxyapatite composites stimulate spontaneous osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells[J].Nanoscale,2015,7(27):11642-11651.

[35]Tatavarty R,Ding H,Lu G,et al.Synergistic acceleration in the osteogenesis of human mesenchymal stem cells by graphene oxide-calcium phosphate nanocomposites[J].Chemical communications,2014,150(62):8484-8487.

[36]Wan C,Frydrych M,Chen B.Strong and bioactive gelatin-graphene oxide nanocomposites[J].Soft Matter,2011,7(13):6159-6166.

[37]J.Kim,Y.-R.Kim,Y.Kim,et al.Graphene-incorporated chitosan substrata for adhesion and differentiation of human mesenchymal stem cells[J].Journal of Materials Chemistry B,2013,1(7):933-938.

[38]Wan C,Chen B.Poly(epsilon-caprolactone)/graphene oxide biocomposites:mechanical properties and bioactivity[J].Biomedical materials,2011,6(5):055010.

[39]J.Lu,Y.-S.He,C.Cheng,et al.“Self-supporting graphene hydrogel film as an experimental plat form to evaluate the potential of graphene for bone regeneration”[J].Advanced Functional Materials,2013,23(28):3494-3502.

[40]Hu W,Peng C,Luo W,et al.Graphene-based antibacterial paper[J].ACS Nano,2010,4(7):4317-4323.

[41]Krishnamom Chy K,Veerapandian M,Zhang LH,et al.Antibacterial eficiency of graphene nanosheets against pathogenic bacteria via lipid peroxidation[J].J Phys Chem C,2012,116(32):17280-17287.

[42]Akhavan O,Ghaderi E.Toxicity of graphene and graphene oxide nanowalls against bacteria[J].ACS Nano,2010,4(10):5731-5736.

[43]Liu S,Zeng TH,Hofmann M,et al.Antibacterial activity of graphite,graphite oxide,graphene oxide,and reduced graphene oxide：membrane and oxidative stress[J].ACSNano,2011,5(9):6971-6980.

[44]Lim HN,Huang NM,Loo CH.Facile preparation of graphene-based chitosan films:Enhanced thermal,mechanical and antibacterial properties[J].J Non-cryst Solids,2012,358(3):525-530.

[45]Some S,Ho SM,Dua P,etal.Dualfunctionsofhighly potent graphene derivative-poly-L-lysine composites to inhibit bacteria and support human cells[J].ACS nano,2012,6(8):7151-7161.

[46]Wang N,Hu B,Chen ML,et al.Polyethylenimine mediated silver nanoparticle-decorated magnetic graphene as a promising photothermal antibacterial agent[J].Nanotechnology,2015,26(19):195703.

[47]朱晨，尚希福，孔榮，等.人 防御素3體內(nèi)抑制耐甲氧西林葡萄球菌內(nèi)植物生物膜感染的機(jī)制研究[J].生物骨科材料與臨床研究，2017，14(04):1-5.

[48]朱晨，孔榮，方詩元，等.人工關(guān)節(jié)假體周圍感染與無菌性松動界膜組織中人 -防御素3的表達(dá)差異分析[J].生物骨科材料與臨床研究，2016，13(02):12-16.

[49]Guo Z,Xie C,Zhang P,etal.Toxicity and transformation of graphene oxide and reduced graphene oxide in bacteria biofilm[J].The Science of the total environment,2017,15(580):1300-1308.

[50]Kulshrestha S, Qayyum S, Khan AU. Antibiofilm efficacy of greensynthesized graphene oxide-silver nanocomposite using Lagerstroemiaspeciosa floral extract: A comparative study on inhibitionof gram-positive and gram-negative biofilms[J]. Microb Pathog,2017, 103: 167-177.

[51]Kumar S,Raj S,Kolanthai E,et al.Chemical Functionalization of Graphene To Augment Stem Cell Osteogenesis and Inhibit Biofilm Formation on Polymer Composites for Orthopedic Applications[J].ACS Appl Mater Interfaces,2015,7(5):3237-3252.

[52]Jia Z,Shi Y,Xiong P,et al.From Solution to Biointerface:Graphene Self-Assemblies of Varying Lateral Sizes and Surface Properties for Biofilm Control and Osteodifferentiation[J].ACS Appl Mater Interfaces,2016,8(27):17151-17165.

[53]Valentina Palmieri,Massimiliano Papi,Claudio Conti,et al.The future development of bacteria fighting medical devices:the role of graphene oxide[J].Expert Review of Medical Devices,2016,13(11):1013-1019.