Применение графена: как использование графена изменит нашу жизнь — РТ на русском

Содержание

как использование графена изменит нашу жизнь — РТ на русском

Изобретённому российскими учёными графену находят всё новые способы применения. Так, исследователям Северо-Западного университета (США) удалось сделать на основе этой сверхтонкой модификации углерода суперстойкую краску для волос. Широко применяется графен и в других областях: на его основе делают пуленепробиваемые бронежилеты, материал используют для получения водородного топлива и в наноустройствах. О феномене графеновой революции — в материале RT.

Невидимый и прочный

 

Графен состоит из плотно соединённых атомов углерода, выстроенных в решётку наподобие пчелиных сот толщиной всего в один атом. Это делает его самым тонким материалом в мире, невидимым невооружённым глазом, но при этом очень прочным и эластичным. Впервые графен выделили в 2004 году российские учёные Андрей Гейм и Константин Новосёлов, которые работали тогда в Манчестерском университете. Шесть лет спустя опыты физиков были удостоены Нобелевской премии.

С тех пор исследователи со всех уголков планеты пытались найти всё новые способы применения и, что интересно, получения графена. Ведь одним из главных факторов, мешающих наладить масштабное производство этого чудо-материала, была дороговизна «оригинального» варианта получения графена с помощью сложного процесса разложения графита. Очень быстро графен научились добывать при помощи лазера, используя в качестве сырья обычную древесину, и даже путём взрыва углеродсодержащего материала.

Пока одни учёные соревнуются, чей метод получения графена проще и дешевле, другие находят ему самое необычное применение.

Красота не требует жертв

 

Специалисты Северо-Западного университета (США) превратили чёрный «от природы» графен в суперстойкую краску для волос.

В ходе эксперимента американские учёные покрыли образцы человеческого волоса раствором из листов графена. Так, физикам удалось превратить светлые, платиновые волосы в угольно-чёрные. Новый цвет оставался стойким на протяжении 30 смывов.

Краска на основе графена обладает дополнительными преимуществами, утверждают американские исследователи. Каждый покрытый ею волос подобен маленькому проводу, способному проводить тепло и электричество. Это означает, что волосы, окрашенные графеновой краской, легко рассеивают статическое электричество и решают проблему электризующихся волос.

  • globallookpress.com
  • © Mari Barlow/moodboard

Американские учёные также полагают, что их краска абсолютно безвредна.

«Наружный слой ваших волос, или кутикула, выполняет защитную функцию и состоит из тонких клеток наподобие рыбных чешуек. Чтобы приподнять эти чешуйки и позволить молекулам краски быстро проникнуть в волосы, используются аммиак, перекись водорода или органические амины», — сообщил автор исследования Цзясин Хуан.

Из-за подобных манипуляций волосы постепенно истончаются. Проблему позволяет решить краска, которая покрывает волосы, но не проникает в их структуру. Однако такая краска очень быстро смывается. Как утверждают специалисты Северо-Западного университета, их изобретение позволяет справиться с обеими проблемами.

В индустрию моды и красоты графен начал проникать ещё в 2017 году, когда британская компания CuteCircuit представила платье с элементами из этого чудо-материала. Платье Graphene Dress со встроенными светодиодами благодаря графену меняет цвет «в такт» дыханию его обладательницы.

  • Платье на основе графена, Манчестер, 2017 год
  • Reuters

«Материал будущего» выполняет в платье одновременно две задачи: он является датчиком, улавливающим частоту дыхания, а также питает светодиоды, которые и меняют цвет платья. Разработчики умной одежды считают, что графен можно использовать для получения тканей, которые будут радикально менять свой цвет. Презентация Graphene Dress состоялась на родине этого материала — в Манчестере. 

Тихая графеновая революция

 

«У графена очень много интересных физических свойств и явлений, например электронные свойства, которые позволяют использовать графен для конструирования сложных электронных наноустройств. Есть работы, в которых его используют для защиты наночастиц от окисления», — рассказал в беседе с RT старший научный сотрудник кафедры химической кинетики химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Боченков.

Также по теме

Новые свойства графена помогут создавать топливо «из воздуха»

Исследование, проведённое физиками в Университете Манчестера, показало, что открытый в 2010 году графен может быть использован в...

Кроме того, графен поможет решить одну из главных задач современности — получить недорогие, надёжные и экологически безопасные источники энергии. Так, графеновые композиты позволяют создать более эффективные солнечные панели. Учёные из Массачусетского технологического института доказали, что при помощи графена можно сделать эластичные, дешёвые и прозрачные солнечные элементы, превращающие практически любую поверхность в источник электроэнергии. Солнечные батареи из графена, по словам учёных, могут производить энергию даже в дождь.

«В графене можно делать определённые отверстия, выбивая некоторые атомы углерода, и получать регулируемые поры, которые можно использовать в качестве мембраны в батареях и топливных ячейках. Также мембраны на основе графена могут удешевить производство тяжёлой воды. Она необходима в атомной промышленности для получения относительно экологически чистой энергии. Здесь опять же уникальные свойства графена позволяют быстрее разделять субатомные частицы, делая весь процесс очень экономичным. В результате мы получаем более зелёную и дешёвую атомную энергию», — отметил Боченков.

Крупнейшие технологические компании уже приступили к созданию литийионных аккумуляторов для смартфонов с использованием графена. Инновационная технология позволяет заряжать батарею быстрее и хранить заряд дольше.

Графен можно использовать в качестве мембраны для фильтрации атомов водорода в воздухе и получить биологически чистое топливо. К такому выводу пришли первооткрыватели графена. Андрей Гейм и Константин Новосёлов выяснили, что при высоких температурах и присутствии платины в качестве ускорителя реакции графен пропускает положительно заряженные ионы водорода (протоны) и задерживает практически всё остальное. Такая технология поможет совершить прорыв в развитии зелёной энергетики.

Также по теме

«Рассеять энергию пули»: как нанотехнологии используются в военном деле

В России и мире активно ведутся разработки в области материалов, которые позволяют создавать новые средства индивидуальной бронезащиты...

Взяли на вооружение графен и производители военной продукции. Выяснилось, что материал обладает пуленепробиваемыми свойствами. Учёные из Нью-Йоркского университета получили очень прочные и почти невесомые бронежилеты. В ходе эксперимента физики запустили стеклянную микропулю в листы графена толщиной от десяти до 100 слоёв. Графен рассеял энергию пули, летящей на скорости 3000 м/с. Однако в точке удара материал вытянулся в форме конуса, а затем треснул. Появление трещин не позволяет пока поставить графеновые бронежилеты на службу полицейским. По оценкам специалистов, чтобы защитить своих обладателей, такие бронежилеты должны состоять из миллионов слоёв графена. А для этого требуется наладить его производство в промышленных масштабах.

Проник графен и в биологию. В 2016 году китайские учёные накормили шелкопрядов тутовыми листьями, которые были сбрызнуты препаратами, содержащими графен. В итоге экспериментаторы получили прочную и хорошо проводящую электричество графеновую шёлковую нить.

«Экспериментов с графеном проводится масса. Потенциал этого материала невероятно широк. Думаю, через несколько лет графен будет использоваться в создании и различных детекторов света, и контактных линз, и вообще чего угодно. Практическое применение этого материала может ограничиваться лишь фантазией учёных», — заключил Боченков.

10 способов применения графена, которые изменят вашу жизнь

Он прочный, он гибкий и он уже здесь: после долгих лет исследований и экспериментов графен приходит в нашу жизнь, а именно – в продукты, которыми мы пользуемся каждый день. В скором времени графен изменит мир смартфонов, аккумуляторов, спортивной экипировки, суперкаров и сверхпроводников. Свойства этого материала настолько невероятные, что некоторые люди даже считают, что графен достался нам от инопланетных кораблей, оставленных на нашей планете задолго до появления человечества.

Это, конечно же, фантастика, но потенциал графена не может не рождать подобные теории заговора. Прошло более 60 лет с тех пор, как ученые и производители электроники впервые попытались раскрыть всю мощь нового материала, однако его практическое применение стало реальным только сейчас. Новости о технологических прорывах в этой области не прекращаются, и очередной всплеск инфоповодов по этой теме состоялся в ходе недавней выставки мобильной электроники MWC 2018. Далее речь пойдет о 10 способах использования графена, которые изменят вашу жизнь в обозримом будущем.

Миниатюрные УФ-сканеры

Обычная одежда спасает нас от вредных ультрафиолетовых лучей, но зачастую этого бывает недостаточно, особенно в жарких солнечных странах. Проблема будет решена с помощью небольшого гибкого УФ-сканера, который может крепиться на кожу, как обычный пластырь, либо изначально встраиваться в одежду. Когда этот сканер определит, что вы слишком долго находитесь под прямыми солнечными лучами, он отправит соответствующее уведомление на смартфон, предупредив вас об опасности.

Умные стельки для атлетов

Производители обуви и спортивных товаров также делают большую ставку на графен. Сегодня уже существуют носки и стельки, распознающие силу давления в той или иной области подошвы. Но подавляющее большинство таких продуктов оснащены всего несколькими датчиками, графен позволяет разместить более 100 датчиков, которые никак не повлияют на вес обуви. Прототипы высокотехнологичных стелек существуют уже сегодня, они изготовлены из специальной пены и измеряют давление с точностью до миллиграмма.

Графеновый крио-кулер для охлаждения базовых станций 5G

Всем модулям беспроводной связи при увеличении объема передаваемых данных требуется все больше охлаждения, иначе оборудование перегреется. Таким образом, многократное повышение пропускной способности в приближающихся 5G-сетях. Разработанный в Швеции компактный охлаждающий насос способен понижать температуру базовых станций вплоть до -150 градусов, поддерживая стабильный сигнал.

Аудиотехника

Хотя впервые графен был получен в Университете Манчестера, исследования данного материала ведутся по всему миру, а наибольшее число патентов по использованию графена принадлежит Китаю. Неудивительно, что крупнейший производитель электроники в этой стране стал одним из первых брендов, внедривших графен в свои продукты. Так, Xiaomi Mi Pro HD являются наушниками с графеновой диафрагмой, которая позволяет передавать более громкий, чистый и насыщенный звук. Также у Xiaomi есть терапевтический пояс PMA A10 из ткани, покрытой графеном.

Самые эффективные в мире солнечные батареи

В Италии ученые разрабатывают солнечную батарею на основе графена и органических кристаллов. Такая технология позволяет делать солнечные ячейки более крупными, что повышает эффективность сбора энергии и удешевляет производство в 4 раза.

Графеновые самолеты

В авиации вес – это все, от него напрямую зависит стоимость полета. Именно поэтому Ричард Брэнсон (и другие, менее известные люди) предсказывают полный переход коммерческих авиакомпаний на гораздо более легкий и прочный графен уже в ближайшее десятилетие. И это не просто слова – к примеру, Airbus уже не первый год активно занимается этим направлением.

Чехлы для смартфонов

Чехлы со встроенной батареей так и не прижились на рынке, а проблема быстро разряжающихся мобильных аккумуляторов никуда не делась. Чехлы с задней панелью из графена смогут намного эффективнее охлаждать смартфон, прибавляя до 20% ко времени работы батареи в вашем мобильном устройстве.

Супертонкие электронные книги

На MWC 2017 компания FlexEnable продемонстрировала построенную на основе графена полноцветную пиксельную матрицу для энергоэффективных дисплеев и дисплеев с электронными чернилами. Такие экраны будут иметь толщину обычной бумаги. К тому же, эти матрицы будут гибкими, что избавляет от необходимости использования толстого защитного стекла.

Автомобили

Графен раскрывает широкие перспективы для автомобилестроения, в частности для электромобилей. Дело в том, что с изготовленные из графена транспортные средства обладают меньшим весом и большей жесткостью кузова, что позволяет им быстрее ускоряться и расходовать значительно меньше электроэнергии.

Сверхбыстрые зарядки

Что, если бы вы могли зарядить свой смартфон на 100% за 5 минут? Именно столько времени требуется зарядному устройству от Zap & Go. И хотя тестовый прототип имел емкость всего 750 мАч, этот результат не может не впечатлять. А в следующем году инженеры компании обещают снизить этот показатель до 15-20 секунд. Тем временем, в Huawei разработали обычные литий-ионные батареи, которые благодаря применению графена могут работать на температурах до 60оС, что на 10 превышает показатель стандартных аккумуляторов на 10 градусов, что продлевает срок эксплуатации батареи почти в 2 раза.

Графеновая гонка. Как графен может изменить нашу жизнь?

2021 год был объявлен в России Годом науки и технологий, а месяц июнь, согласно календарному плану Года, посвящен новым производственным технологиям и материалам. Сегодня мы поговорим об одном из таких новых перспективных материалов — графене.

Графен — самый тонкий материал из когда-либо обнаруженных. Впервые он был выделен в начале нулевых, а в 2010 году выпускникам МФТИ, сотрудникам Манчестерского университета Андрею Гейму и КонстантинуНовоселову за это открытие присудили Нобелевскую премию по физике. Есть много идей, как можно применить этот тонкий и чрезвычайно прочный материал, о котором так много говорят в последние годы.

Слой углерода толщиной в один атом

Толщина графена составляет всего один атом — это самый тонкий материал в мире, его можно назвать двумерным объектом. Представьте обычный грифель карандаша, которым вы пишете — он состоит из нескольких миллионов слоев графена, и, по сути, графит  в карандаше — это уложенные друг на друга слои графена. Поэтому каждый из нас хотя бы раз в жизни держал графен в руках. Материал был обнаружен Геймом и Новоселовым, когда они изучали проводимость графита. Приклеив скотч к куску графита, ученым удалось получить один слой графена.

Идея отделить слой графена от графита с помощью скотча пришла к ученым спонтанно. Скотч, с помощью которого образцы графита готовят для работы на сканирующем туннельном микроскопе, после процедуры обычно отправляется в мусорное ведро. Однако Новоселов и Гейм решили найти куску скотча с остатками тонкого слоя материала другое применение — за это впоследствии их в шутку окрестили garbage scientists (мусорные ученые).

В возможность отделить один слой никто не верил. Семьдесят лет назад Лев Ландау и Рудольф Пайерлс доказали, что таких материалов существовать не может: силы взаимодействия между атомами должны смять их в гармошку или свернуть в трубочку, пишет Forbes. Однако графен оказался исключением из этого правила. 

Практическое применение

Графену приписывают множество самых разнообразных практических применений. Его возможно использовать для создания имплантов для мозга, он может применяться в системе охлаждения для спутников, графен можно превратить в сверхпроводник; полезен он и в быту: например, в качестве краски для волос. Уже сегодня графен применяется в электронике, медицине: работы по нейродевайсам и биосенсорам ведутся с 2008 года — но когда графеновую биоэлектронику начнут массово применять на практике, пока трудно сказать.

Этот материал особо ценится за его прочность и упругость. А еще графен очень прозрачный: его прозрачность составляет 97%.

«Сейчас есть много идей о том, как можно применять графен. Были идеи, что получится его использовать в качестве транзистора, как замена элементной базы современной электроники. Но это, насколько я знаю, не пошло, и теперь пытаются использовать его упругие свойства. Если сравнить атомарный слой углерода (чем по своей сути графен и является) и атомарный слой, скажем, алюминия, то мы увидим, что жесткость графена будет как минимум в десять раз выше. Так как графен одноатомный, то он спокойно пропускает свет, то есть вы видите через него всё. С другой стороны, он достаточно прочный, чтобы обеспечить необходимую защиту от каких-то механических воздействий. Поэтому графен можно применять как прозрачный, но прочный экран для предохранения жидкокристаллических дисплеев, например. Его прочность может быть полезной для создания гибких небьющихся экранов, городских строений и др., возможно, он станет будущим строительным материалом для космических кораблей, общественного транспорта и т.д.», — рассказывал в интервью «Научной России»  заместитель директора Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН Игорь БУРМИСТРОВ.

Нобелевские лауреаты К. Новоселов (слева) и А. Гейм. Источник фото: https://panorama.pub/

Некоторые эксперты считают, что графен даже может спровоцировать новый скачок в развитии человеческой цивилизации. Кремниевая эра скоро закончится, говорят ученые, ведь кремневая элементная база, на которой создается современная техника, уже подходит к своему  технологическому и физическому пределу, и в этом смысле графен может стать отличной альтернативой. Использование графена в электронике поможет создать более мощные компьютеры и системы. В мире его уже используют для создания гибких мобильных телефонов. 

В свое время освоение металлов кардинально изменило жизнь людей — ту же судьбу пророчат графену, называя его самым загадочным и многообещающим новым материалом будущего, который способен произвести революцию в энергетике. Графен дает возможность получать энергию совершенно новым способом. Этот материал обладает возможностью пропускать позитивно заряженные  атомы водорода, при том, что он непроницаем для других газов, в том числе и для самого водорода. Это открывает перед учеными невероятные перспективы по созданию топливных элементов на основе водорода. Так, например, можно будет  собирать в таких элементах водород из воздуха, а затем получать с помощью графена электричество и воду, практически не порождая никаких отходов.

В прошлом году физики из США показали, что графен можно использовать для сбора энергии: он способен вырабатывать энергию с помощью окружающей среды. Учеными из Университета Арканзаса была разработана схема, способная улавливать тепловое движение графена и преобразовывать его в электрический ток.

«Энергосберегающая схема, основанная на графене, может быть встроена в чип для обеспечения чистой, безграничной, низковольтной энергии для небольших устройств или датчиков», — отметил Пол Тибадо, профессор физики, участвовавший в эксперименте. 

Графен может быть использован для создания квантовых компьютеров, благодаря этому материалу такие компьютеры могут стать компактнее. У графена могут быть и более общедоступные применения, например в дизайне одежды. Вещи из графена, легкие и плотные, уже сегодня можно найти на мировых рынках.

Графеновое будущее 

Разработки на основе графена уже близки к массовому внедрению в экономику, считает  член-корреспондент РАН, научный руководитель Корпоративного энергетического университета Евгений Аметистов. При этом в графеновой гонке Россия отнюдь не лидирует, и наши технологии далеки от совершенства.

В рамках программы финансирования науки (2014-2020 гг.) Евросоюз выделил один миллиард евро на запуск производства графена в промышленных масштабах. Проект объединяет 23 страны и 142 научно-исследовательских коллективов и промышленных партнёров. Не так давно, в 2015 году, в Манчестере открылся Национальный графеновый институт, строительство которого финансировали Европейский фонд регионального развития и правительство Великобритании. Однако  более половины мировых публикаций и заявок на патенты в области графена сегодня принадлежит Китаю, где действует так называемый Инновационный альянс графеновой промышленности.

А как обстоят дела в России? По числу исследований графена Россия сегодня находится на 14-м месте в мире, пишет российский деловой еженедельник «Эксперт». Причем процент российских научных публикаций по теме графена падает, отмечает издание: в 2000-е годы он составлял 5,6%, а в 2021 — только 2,3%. 

Исследованиями графена в России занимаются свыше 30 организаций, среди них различные институты Российской академии наук, МГУ им. М.В. Ломоносова, предприятия ГК «Роскомос», частные фирмы. В нашей стране есть свой Институт графена, на базе которого впервые в России была создана установка полупромышленного типа для производства чистого (почти 100%) графена.

«Сейчас идет своеобразная графеновая гонка. Наши позиции изначально были очень хорошими, поскольку традиционно Россия сильна в плане фундаментальной физики. Конечно, мы немного упустили тот момент, когда мир рванул вперед», — рассказывал директор центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Валентин Волков на Международной конференции по двумерным материалам в г. Сочи.

Уже сегодня в России графеновые и графеноподобные материалы применяют для повышения ударной прочности экспериментальных образцов карбидокремниевой брони для ударных вертолетов и военных шлемов, при производстве солнечных панелей, используют в составе литий-ионных аккумуляторов и т.д. Однако массовое применение графена — вопрос будущего.

Фотографии в материале, включая фото на главной странице сайта: https://ru.123rf.com

Зачем России графен - Ведомости

На этой неделе исследовательское подразделение Samsung Electronics представило новый тип литийионных аккумуляторов, которые можно будет заряжать за рекордные 12 минут – секрет в особых наночастицах, покрытых слоем графена, двумерного углерода, за открытие уникальных свойств которого выпускники МФТИ, сотрудники Университета Манчестера Андрей Гейм и Константин Новоселов получили в 2010 г. Нобелевскую премию по физике. Это только один эпизод эпической битвы за патенты между гигантами технологической индустрии Samsung Electronics и Apple за лидерство на мировом рынке смартфонов – в том числе за патенты на технологии с использованием подобных графену двумерных материалов, новости о применении которых появляются фактически каждую неделю. Apple, например, недавно получила патент на акустические диафрагмы с графеном для использования в устройствах следующих поколений, а патентный портфель Samsung уже настолько широк, что можно говорить о целой линейке будущих продуктов с графеном.

Интерес крупных компаний к графену логичен: его уникальные физико-химические свойства позволяют создавать на его основе самые разные технологии. На наших глазах совершается новая технологическая революция – графеновая, однако Россия в нее пока не включилась.

Масштаб интереса ученых к графену описывается огромным количеством публикаций в мировых научных журналах: менее чем за 14 лет с момента его открытия вышло около 130 000 работ. Свойства этого материала открывают новые возможности для фундаментальных исследований, однако конкретно в случае графена особенно интересны их коммерческие перспективы. Значительный рост числа патентов, в которых предлагается использовать графен, говорит о том, что мир уже вступает в эру применения новых материалов. Согласно мультидисциплинарной базе данных Scopus, включающей записи пяти ведущих патентных ведомств, на сегодня в мире зарегистрировано более 50 000 заявок и патентов с упоминанием графена. Больше половины принадлежит Китаю – и его доля продолжает расти, следом в группе лидеров находятся Южная Корея, США, Япония и Тайвань. Любопытно, что в Китае по числу заявок лидируют национальные университеты, в Южной Корее – корейские коммерческие компании, а в США – частный бизнес, как американский, так и иностранный.

Лидерство Китая неудивительно. Развитие индустрии новых материалов там поддерживается на государственном уровне – в рамках планов тринадцатой китайской пятилетки (2016−2020 гг.). Ожидается, что двумерные материалы в целом и графен в частности будут играть решающую роль в модернизации традиционных и создании новых отраслей промышленности Китая. Для координации исследований и разработок и внедрения их в промышленность в далеком по меркам графена 2013 году был создан Инновационный альянс графеновой промышленности Китая, по оценкам которого на Китай в будущем будет приходиться до 80% мировой графеновой индустрии.

Китай не одинок: графен в качестве одного из самых перспективных материалов ближайшего будущего рассматривают практически все ведущие азиатские экономики. Миллиардные вложения в эту область делают и на Западе. В Евросоюзе координация исследований в области графена, взаимодействие научных организаций и индустриальных партнеров идут в рамках десятилетнего пилотного проекта Graphene Flagship стоимостью 1 млрд евро. В США в 2017 г. была создана Национальная графеновая ассоциация, объединившая предпринимателей, исследователей, разработчиков и производителей, инвесторов, венчурных капиталистов и государственные учреждения для стимулирования инноваций, продвижения и коммерциализации продуктов и технологий на основе графена. В консультативный совет ассоциации входят представители Apple, IBM, Cisco, а также два наших соотечественника – выпускника МФТИ: генеральный директор одного из ведущих производителей графена в мире Graphene 3D Lab Inc. (среди клиентов – Apple и NASA) Елена Полякова и профессор Свободного университета Берлина Кирилл Болотин.

Мир графена вообще славен российскими именами. Помимо Гейма и Новоселова графеном занимаются множество российских ученых с мировыми именами: Александр Баландин (Калифорнийский университет в Риверсайде), Дмитрий Басов (Колумбийский университет), Леонид Левитов (Массачусетский технологический институт), Виктор Рыжий (МФТИ), Владимир Фалько (директор Национального института графена, Университет Манчестера) и др. Но практически все заметные достижения россиян в области двумерных материалов получены за рубежом: в России выстроенная госполитика в отношении таких перспективных исследований отсутствует. За рубежом поддержка проводится не просто за счет создания научных лабораторий и профессорских позиций в ведущих университетах, а посредством открытия национальных исследовательских центров, которые совмещают научные исследования с практическими разработками, – такие центры есть в Китае, США, Великобритании, Японии, Южной Корее, Сингапуре, Малайзии, Бразилии и Южной Африке. Чтобы оценить, насколько такая модель поддержки оправдывает себя, достаточно сравнить показатели публикационной активности и востребованности научных публикаций России и Сингапура в целом и отдельно Сингапурского центра двумерных материалов: по части графеновых исследований один центр в небольшом городе-государстве оказывается в несколько раз эффективнее всей российской науки.

Россия, несмотря на отсутствие сколько-нибудь выраженного интереса к этой области со стороны государства, по общему числу публикаций о графене находится на 14-м месте мирового рейтинга – в сложившихся условиях весьма достойный результат. В нашей стране исследования с графеном сосредоточены по большей части в стенах Академии наук и в нескольких лабораториях ведущих вузов – участников Проекта 5-100. В МФТИ исследования и разработки в этой области ведутся в Центре фотоники и двумерных материалов.

В России пока не осознали масштаба влияния новых материалов на высокотехнологичную промышленность. Но есть ли у нас в принципе производство, которое было бы заинтересовано в таких исследованиях? Да, в области наноэлектроники, где использование графена открывает очень большие перспективы, наши шансы на лидерство уже минимальны. Но для сохранения позиций в авиационной, ракетно-космической и оборонной промышленности России необходимо обратить внимание на двумерные материалы. Американские гиганты Boeing и Lockheed Martin уже стали одними из ведущих разработчиков новых технологий на основе графена, а европейские Airbus и Thales называются в числе основных выгодоприобретателей общеевропейской программы Graphene Flagship. Манчестерский институт графена совместно с Институтом аэрокосмических технологий Великобритании разработали долгосрочную программу прикладных исследований графена в аэрокосмической сфере, которая будет запущена в конце 2017 г. Boeing 787 Dreamliner уже сейчас на 50% состоит из композитных материалов, что позволило снизить расход топлива на 30%. И вытеснение традиционных для авиастроения материалов теперь уже за счет использования двумерных материалов будет продолжаться.

Графен также может быть использован в ключевой для России области нефте- и газодобычи: ведущие нефтесервисные компании мира изучают и патентуют графенсодержащие жидкости, которые могут быть использованы в буровых растворах для управления толщиной и свойствами фильтрационной корки. Ряд компаний предлагают использовать графен для изготовления полимерных труб и функциональных покрытий для нефте- и газопроводов. Двумерные материалы открывают большие перспективы для развития возобновляемой энергетики за счет разработки прозрачных солнечных батарей и сверхъемких аккумуляторов. Это вынуждает нефтедобывающие компании (например, Repsol, Statoil и Petronas) диверсифицировать риски, инвестируя в графеновые технологии. В частности, испанская Repsol c 2013 г. является инвестором ведущего европейского производителя графена Graphenea. Арабские Эмираты на государственном уровне вложились в создание инновационного инжинирингового графенового центра в Манчестере. Центр будет носить имя национальной компании ОАЭ Masdar, инвестирующей в возобновляемые источники энергии и чистые технологии.

Также двумерные материалы имеют большой потенциал применения в автомобилестроении, робототехнике и легкой промышленности. Это строительный материал для различных устройств и датчиков, которые могут обеспечить работу интернета вещей. И просто фантастическим видится применение двумерных материалов в области биомедицинских приложений: возможности in vivo мониторинга состояния организма, направленной стимуляции и высокоточной регистрации активности нейронов головного мозга. Это позволит создать принципиально новые технологии нейропротезирования и нейроинтерфейсов, которые смогут напрямую передавать информацию из мозга человека в компьютер и наоборот.

В разные периоды развития цивилизации человек учился обрабатывать камень, работать с металлами и полупроводниками. Теперь пришло время работы с двумерными материалами вообще и с графеном в частности – и важно не растратить его попусту. В этом смысле у графена есть важное преимущество. Для работы с ним и, что гораздо важнее, для получения на его основе коммерчески перспективных технологий далеко не всегда требуется дорогостоящее научное оборудование. Экспериментальные образцы Гейм и Новоселов получили, отшелушивая одноатомные слои от кусочка графита при помощи обычного скотча. Этот метод они используют в своих лабораториях и по сей день: так удается получать и другие двумерные материалы самого высокого качества. Конечно, передовые лаборатории оснащены самыми современными приборами, а исследования проводятся в помещениях с минимальным числом пылинок в воздухе, но при этом значительная часть прикладных разработок может выполняться в условиях, доступных большинству исследователей во всем мире.

Сейчас, когда в России говорят о будущем, мы слышим в основном об искусственном интеллекте, блокчейне, криптовалютах и квантовых технологиях. Графен же у нас подобен Золушке, которая, как мы помним, была самой скромной и недооцененной, но при этом самой талантливой из своих сестер. Безусловно, роль информационных технологий в ближайшем будущем будет только расти, однако одни лишь они не могут решить всех задач, которые стоят перед человечеством. В новом дивном мире, где важную роль будет играть индустрия двумерных материалов, Россия тоже может занять достойное место. Главное – осознать этот факт сейчас, пока и у нас еще есть шансы на графеновое будущее.

Авторы – директор центра фотоники и двумерных материалов МФТИ; научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ

Химики МГУ нашли идеальный оксид графена для осушающей мембраны

Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ в составе международной группы исследователей с участием работников немецкого синхротронного центра DESY показали, что для создания эффективно осушающих воздух мембран необходимо использовать оксид графена с максимальной степенью окисленности. Мембраны на основе оксида графена могут найти применение как в бытовых системах вентиляции и кондиционирования, так и в промышленности. Статья опубликована в Carbon – ведущем журнале в области изучения структуры, свойств и применения различных углеродных материалов.

Двумерные материалы рассматриваются учеными как перспективная основа для очень качественных мембран. Надежды основаны на том, что толщина двумерных материалов – всего несколько атомных слоев. За счет этого в них можно создавать слоевые дефекты, пропускающие только определенный вид молекул. Например, оксид графена обладает двумерной структурой и хорошо смачивается водой из-за большого количества кислородсодержащих групп. В результате, материалы на основе оксида графена могут сорбировать до 60% воды относительно своей массы. Повышенная способность материала к поглощению и удалению паров воды определяет их высокую проницаемость через мембрану. Наличие воды между слоями также приводит к блокировке переноса остальных газов. То есть, вода через мембрану пройдёт, а всё остальное – нет.

«Впервые возможность использования мембран на основе оксида графена для осушения газа была показана в 2012 году в работе Нобелевского лауреата Андрея Гейма, – рассказал автор исследования, старший научный сотрудник кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Дмитрий Петухов. – Однако в этом и в последующих исследованиях авторы не изучали влияние химического состава и содержания различных функциональных групп на скорость транспорта газов и паров воды, что было сделано в рамках нашей работы».

Оксид графена – это не одно, а целый класс соединений с различным соотношением атомов углерода и кислорода и присутствием различных функциональных групп. Поэтому многие его свойства определяются химическим составом, который задается на стадии синтеза. Дмитрий Петухов с коллегами показали, что для создания высокоэффективных осушающих мембран нужен оксид графена с минимально возможным соотношением атомов углерода к кислороду.

«При большем количестве атомов кислорода увеличивается гидрофильность поверхности материала, и поэтому мембраны лучше пропускают воду, – пояснил Дмитрий Петухов. – Для изучения этого процесса мы получили оксид графена обработкой порошка графита перманганатом калия. Различной степени окисленности добивались изменением соотношения графита и перманганата. Далее из полученной суспензии путем нанесения на подложку формировали мембраны и изучали их транспортные свойства. Комплексное исследование таких мембран требовало использования разнообразных физико-химических методов, поэтому исследования выполнялись также в Удмуртском научном центре РАН и в синхротронном центре DESY».

Мембраны на основе оксида графена могут найти применение и в бытовых системах вентиляции и кондиционирования, и в промышленности, например, при подготовке природного и попутного нефтяного газа к трубопроводному транспорту. Правда, до сих пор существует ряд проблем, связанных с нанесением оксида графена на большие площади, увеличением стабильности и долговечности мембран. Поэтому химики МГУ сейчас активно работают над повышением устойчивости мембран к перепаду давления, экспериментируя с внедрением в межслоевое пространство различных соединений.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований.

Применение графена позволит увеличить объем HDD в 10 раз

Двумерный материал будет использоваться в качестве защитного покрытия пластин жестких дисков

Сотрудники Кембриджского центра графена установили, что применение двумерного материала позволит увеличить вместимость жестких дисков со сверхвысокой плотностью записи в 10 раз. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Известно, что для увеличения объема памяти жестких дисков необходимо повысить плотность записи. Для этого исследователи разрабатывают способы совершенствования пластин и головки, а также уменьшения расстояния между этими элементами. Покрытия на углеродной основе занимают значительную часть данного пространства. Они обеспечивают защиту пластины от коррозии и повреждений.

Авторы нового исследования применили от одного до четырех слоев графена, после чего провели испытания усовершенствованной конструкции на трение, коррозию, износ, термическую стабильность и совместимость со смазочными материалами. Было установлено, что графен обладает рядом отличительных свойств, делающих его наиболее подходящим материалом для применения в качестве защитного покрытия в HDD. Применение двумерного материала позволило снизить трение, коррозию и износ гораздо эффективнее, чем применяемые ранее материалы.

Отмечается, что специалисты опробовали запись с локальным подогревом носителя (HAMR), позволяющую увеличить плотность хранения данных. Графен, в отличии от других материалов, сумел выдержать температуру, необходимую для обеспечения работы данной технологии. В перспективе сочетание HAMR и графена позволит повысить вместимость жестких дисков в 10 раз.

Фото: techpulse.be, fainaidea.com, moneyweek.com

Графеновая гонка. Как графен может изменить нашу жизнь?

2021 год был объявлен в России Годом науки и технологий, а месяц июнь, согласно календарному плану Года, посвящен новым производственным технологиям и материалам. Сегодня мы поговорим об одном из таких новых перспективных материалов — графене.

Графен — самый тонкий материал из когда-либо обнаруженных. Впервые он был выделен в начале нулевых, а в 2010 году выпускникам МФТИ, сотрудникам Манчестерского университета Андрею Гейму и Константину Новоселову за это открытие присудили Нобелевскую премию по физике. Есть много идей, как можно применить этот тонкий и чрезвычайно прочный материал, о котором так много говорят в последние годы.

Слой углерода толщиной в один атом

Толщина графена составляет всего один атом — это самый тонкий материал в мире, его можно назвать двумерным объектом. Представьте обычный грифель карандаша, которым вы пишете — он состоит из нескольких миллионов слоев графена, и, по сути, графит  в карандаше — это уложенные друг на друга слои графена. Поэтому каждый из нас хотя бы раз в жизни держал графен в руках. Материал был обнаружен Геймом и Новоселовым, когда они изучали проводимость графита. Приклеив скотч к куску графита, ученым удалось получить один слой графена.

Идея отделить слой графена от графита с помощью скотча пришла к ученым спонтанно. Скотч, с помощью которого образцы графита готовят для работы на сканирующем туннельном микроскопе, после процедуры обычно отправляется в мусорное ведро. Однако Новоселов и Гейм решили найти куску скотча с остатками тонкого слоя материала другое применение — за это впоследствии их в шутку окрестили garbage scientists (мусорные ученые).

В возможность отделить один слой никто не верил. Семьдесят лет назад Лев Ландау и Рудольф Пайерлс доказали, что таких материалов существовать не может: силы взаимодействия между атомами должны смять их в гармошку или свернуть в трубочку, пишет Forbes. Однако графен оказался исключением из этого правила. 

Практическое применение

Графену приписывают множество самых разнообразных практических применений. Его возможно использовать для создания имплантов для мозга, он может применяться в системе охлаждения для спутников, графен можно превратить в сверхпроводник; полезен он и в быту: например, в качестве краски для волос. Уже сегодня графен применяется в электронике, медицине: работы по нейродевайсам и биосенсорам ведутся с 2008 года — но когда графеновую биоэлектронику начнут массово применять на практике, пока трудно сказать.

Этот материал особо ценится за его прочность и упругость. А еще графен очень прозрачный: его прозрачность составляет 97%.

«Сейчас есть много идей о том, как можно применять графен. Были идеи, что получится его использовать в качестве транзистора, как замена элементной базы современной электроники. Но это, насколько я знаю, не пошло, и теперь пытаются использовать его упругие свойства. Если сравнить атомарный слой углерода (чем по своей сути графен и является) и атомарный слой, скажем, алюминия, то мы увидим, что жесткость графена будет как минимум в десять раз выше. Так как графен одноатомный, то он спокойно пропускает свет, то есть вы видите через него всё. С другой стороны, он достаточно прочный, чтобы обеспечить необходимую защиту от каких-то механических воздействий. Поэтому графен можно применять как прозрачный, но прочный экран для предохранения жидкокристаллических дисплеев, например. Его прочность может быть полезной для создания гибких небьющихся экранов, городских строений и др., возможно, он станет будущим строительным материалом для космических кораблей, общественного транспорта и т.д.», — рассказывал в интервью «Научной России»  заместитель директора Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН Игорь БУРМИСТРОВ.

Нобелевские лауреаты К. Новоселов (слева) и А. Гейм. Источник фото: https://panorama.pub/

Некоторые эксперты считают, что графен даже может спровоцировать новый скачок в развитии человеческой цивилизации. Кремниевая эра скоро закончится, говорят ученые, ведь кремневая элементная база, на которой создается современная техника, уже подходит к своему  технологическому и физическому пределу, и в этом смысле графен может стать отличной альтернативой. Использование графена в электронике поможет создать более мощные компьютеры и системы. В мире его уже используют для создания гибких мобильных телефонов. 

В свое время освоение металлов кардинально изменило жизнь людей — ту же судьбу пророчат графену, называя его самым загадочным и многообещающим новым материалом будущего, который способен произвести революцию в энергетике. Графен дает возможность получать энергию совершенно новым способом. Этот материал обладает возможностью пропускать позитивно заряженные  атомы водорода, при том, что он непроницаем для других газов, в том числе и для самого водорода. Это открывает перед учеными невероятные перспективы по созданию топливных элементов на основе водорода. Так, например, можно будет  собирать в таких элементах водород из воздуха, а затем получать с помощью графена электричество и воду, практически не порождая никаких отходов.

В прошлом году физики из США показали, что графен можно использовать для сбора энергии: он способен вырабатывать энергию с помощью окружающей среды. Учеными из Университета Арканзаса была разработана схема, способная улавливать тепловое движение графена и преобразовывать его в электрический ток.

«Энергосберегающая схема, основанная на графене, может быть встроена в чип для обеспечения чистой, безграничной, низковольтной энергии для небольших устройств или датчиков», — отметил Пол Тибадо, профессор физики, участвовавший в эксперименте. 

Графен может быть использован для создания квантовых компьютеров, благодаря этому материалу такие компьютеры могут стать компактнее. У графена могут быть и более общедоступные применения, например в дизайне одежды. Вещи из графена, легкие и плотные, уже сегодня можно найти на мировых рынках.

Графеновое будущее 

Разработки на основе графена уже близки к массовому внедрению в экономику, считает  член-корреспондент РАН, научный руководитель Корпоративного энергетического университета Евгений Аметистов. При этом в графеновой гонке Россия отнюдь не лидирует, и наши технологии далеки от совершенства.

В рамках программы финансирования науки (2014-2020 гг.) Евросоюз выделил один миллиард евро на запуск производства графена в промышленных масштабах. Проект объединяет 23 страны и 142 научно-исследовательских коллективов и промышленных партнёров. Не так давно, в 2015 году, в Манчестере открылся Национальный графеновый институт, строительство которого финансировали Европейский фонд регионального развития и правительство Великобритании. Однако  более половины мировых публикаций и заявок на патенты в области графена сегодня принадлежит Китаю, где действует так называемый Инновационный альянс графеновой промышленности.

А как обстоят дела в России? По числу исследований графена Россия сегодня находится на 14-м месте в мире, пишет российский деловой еженедельник «Эксперт». Причем процент российских научных публикаций по теме графена падает, отмечает издание: в 2000-е годы он составлял 5,6%, а в 2021 — только 2,3%. 

Исследованиями графена в России занимаются свыше 30 организаций, среди них различные институты Российской академии наук, МГУ им. М.В. Ломоносова, предприятия ГК «Роскомос», частные фирмы. В нашей стране есть свой Институт графена, на базе которого впервые в России была создана установка полупромышленного типа для производства чистого (почти 100%) графена.

«Сейчас идет своеобразная графеновая гонка. Наши позиции изначально были очень хорошими, поскольку традиционно Россия сильна в плане фундаментальной физики. Конечно, мы немного упустили тот момент, когда мир рванул вперед», — рассказывал директор центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Валентин Волков на Международной конференции по двумерным материалам в г. Сочи.

Уже сегодня в России графеновые и графеноподобные материалы применяют для повышения ударной прочности экспериментальных образцов карбидокремниевой брони для ударных вертолетов и военных шлемов, при производстве солнечных панелей, используют в составе литий-ионных аккумуляторов и т.д. Однако массовое применение графена — вопрос будущего.

Фотографии в материале, включая фото на главной странице сайта: https://ru.123rf.com

Применение графена: для чего используется графен?

Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенный в виде сот. Графен считается самым тонким, прочным и наиболее проводящим материалом как для электричества, так и для тепла. Все эти свойства интересны исследователям и предприятиям по всему миру, поскольку графен может произвести революцию в целых отраслях промышленности - в области электричества, проводимости, производства энергии, батарей, датчиков и многого другого.

Механическая прочность

Графен - самый прочный материал в мире, и его можно использовать для повышения прочности других материалов. Десятки исследователей продемонстрировали, что добавление даже незначительного количества графена к пластмассам, металлам или другим материалам может сделать эти материалы намного прочнее или легче (поскольку вы можете использовать меньшее количество материала для достижения той же прочности).

Такие композитные материалы, усиленные графеном, могут найти применение в аэрокосмической отрасли, строительных материалах, мобильных устройствах и во многих других областях.

Тепловые приложения

Графен является наиболее теплопроводным из всех обнаруженных на сегодняшний день. Поскольку графен также является прочным и легким, это означает, что он является отличным материалом для создания решений для распределения тепла, таких как радиаторы или пленки для рассеивания тепла. Это может быть полезно как в микроэлектронике (например, чтобы сделать светодиодное освещение более эффективным и долговечным), так и в более крупных приложениях - например, термопленка для мобильных устройств. Например, в последних смартфонах Huawei используются термопленки на основе графена.



Накопитель энергии

Поскольку графен является самым тонким материалом в мире, он также имеет чрезвычайно высокое отношение площади поверхности к объему. Это делает графен очень перспективным материалом для использования в батареях и суперконденсаторах. Графен может позволить использовать батареи и суперконденсаторы (и даже топливные элементы), которые могут хранить больше энергии и заряжаться быстрее.

Преимущества графеновых батарей

Покрытия, датчики, электроника и многое другое

Графен имеет многообещающие возможности для дополнительных приложений: антикоррозионные покрытия и краски, эффективные и точные датчики, более быстрая и эффективная электроника, гибкие дисплеи, эффективные солнечные батареи, более быстрое секвенирование ДНК, доставка лекарств и многое другое.

Графен - такой отличный и базовый строительный блок, что кажется, что любая промышленность может извлечь выгоду из этого нового материала. Время покажет, где графен действительно окажет влияние - или будут ли другие новые материалы более подходящими.

60 применений графена - полное руководство по (потенциальным) приложениям графена в 2019 г.

Для многих Эксперты, графен - это материал будущего. Его научное определение может считаться несколько сложным, но правда в том, что свойства этого материал открывает новые горизонты в мире технологий.

Читать: Окончательное руководство по графену: все, что вам нужно знать о графене

Графен представляет собой материал, состоящий из чистого углерода, похожего на графит, но с характеристики, которые делают его необычайно легким и прочным. Лист одного квадратный метр графена весит 0,77 миллиграмма. Его сила в 200 раз больше, чем у стали, и его плотность аналогична плотности углеродного волокна. Все это делает его устойчивым к высоким изгибающим силам, не ломаясь.Это один из самые проводящие материалы для электричества и тепла, что делает его идеальный материал для электроники и многих других отраслей.

Его приложения практически безграничны и обещают произвести революцию во многих областях: от электроника и вычисления для строительства или даже здравоохранения. Вы можете найти почти все применения графена в этом списке - некоторые уже коммерциализированы, некоторые нужны годы, чтобы материализоваться.

Напоминание: Графен не зря называют «чудо-материалом».Есть десятки исследования о нем, которые еще не опубликованы, но могут изменить мир завтра. С другой стороны, некоторые из потенциальных приложений, которые мы перечисляем здесь могут быть опровергнуты и в будущем. По этой причине мы не можем утверждать, что в этот список входят все применения графена, но, несомненно, это одно из наиболее исчерпывающих списков приложений графена вы можете найти онлайн.

Отказ от ответственности: содержание этого сообщения или любых других связанных материалов предназначено только для информационных целей и не должно восприниматься как медицинский или технический совет.

Путеводитель по списку:

Graphene’s Применение в энергетике: позиции 1-6

Graphene’s Применение в медицине: позиции 7-22

Graphene’s Применение в электронике: позиции 23-34

Graphene’s Применение в пищевой промышленности: позиции 35-39

Graphene’s Применение в спорте: позиции 40-45

Другое Применение графена: позиции 46-60

Применение графена в энергетике

1.Графен в солнечных элементах

Идея разработки более легких, гибких и прозрачных солнечных батарей существует уже некоторое время, но найти материал, обладающий всеми свойствами и способный нести ток был проблемой. Оксид индия и олова использовался, потому что он был прозрачным, однако она не была гибкой, поэтому ячейка должна была оставаться жесткой.

В 2017 году исследователям из Массачусетского технологического института удалось успешно применить графен. на солнечной батарее. Когда они сравнили графеновый солнечный элемент с другими, сделанными из Алюминий и оксид индия и олова, они увидели, что он не хуже элемента ITO, и немного хуже Al по плотности тока и преобразованию мощности эффективность.Однако ожидается, что прозрачная ячейка будет работать с более низкими характеристиками. чем на основе алюминия, который непрозрачен.

Хотя электрические свойства не были прорывом, солнечный элемент, который может быть установка на любую поверхность (автомобили, одежду, бумагу, мобильные телефоны и т. д.) который является гибким и прозрачным. Более того, другие ученые пытаясь выяснить, могут ли графеновые солнечные элементы генерировать энергию из капель дождя, что теоретически кажется возможным.

Читать: Использование графена в солнечных элементах

2. Графеновые батареи

Графен улучшенные литий-ионные аккумуляторы демонстрируют невероятные характеристики, такие как более длительный срок службы, более высокая емкость и более быстрое время зарядки, а также гибкость и легкость, чтобы его можно было использовать в носимой электронике.

Чтение: Литий-ионные батареи в сравнении с графеновыми батареями

3.Графен в атомных электростанциях

Тяжелый вода, используемая на атомных электростанциях для охлаждения реакторов, обходится дорого. производят и вызывают выбросы в миллион тонн CO2 во время производства. Исследователи из Манчестерского университета обнаружили, что существует более экологичный и недорогой метод производства тяжелой воды: графен. мембраны. Руководитель группы д-р Лозада-Идальго считает, что это нововведение чрезвычайно важен, и его внедрение в атомную промышленность будет в ближайшее время хотя эта отрасль обычно скептически относится к новым технологиям.

Читать: Графен для атомных электростанций

4. Графен в термоэлектрике

Seebeck Эффект определяется как термоэлектрический эффект, возникающий при воздействии тепла на один из двух разнородных электрических проводников (или полупроводников) для перемещения электроны от горячей части к более холодной части и производят электричество. Однако энергия, генерируемая этим методом, действительно мала, обычно количественно в микровольтах. Тем не менее, считается, что его можно использовать с пользой. от тепла, выделяемого двигателями, которое практически тратится впустую.Графен может использоваться для усиления эффекта Зеебека, создаваемого титанатом стронция, почти до 5 раз.

5. Графен при перегонке спирта

Графен физические свойства настолько интересны и уникальны, что позволяют большой воде молекулы проходят через, но останавливают молекулы гелия, которые могут просочиться через стекло. Андре Гейм (один из изобретателей графена) и Рахул Наир из Манчестерский университет попытался запечатать бутылку водки графеном мембрану, которую они разработали, и обнаружили, что графен может эффективно перегонять этанол даже при комнатной температуре и без вакуум, необходимый для методов дистилляции.Эта область использования может быть используется в производстве алкогольных напитков, топлива, очистки воды и так далее.

6. Графен в топливных элементах

Даже атомы водорода, известные как самый маленький атом, не могут проходить через графен. В другое исследование, сэр Андре Гейм и его команда проверили, будут ли протоны заблокирован графеном или нет. Удивительно, но протоны могли проходить через графен. Это свойство улучшит характеристики топливных элементов за счет снижения расхода топлива. кроссовер, который является основной проблемой топливных элементов, снижает срок службы и эффективность.

Прочтите: Разработка топливных элементов с помощью нанотехнологий

Применение графена в медицине

Прочтите: Применение графена в медицине

7. Графен в доставке лекарств

Функционализирован графен может использоваться для переноса химиотерапевтических препаратов к опухолям у онкологических больных. Носители на основе графена лучше нацелены на раковые клетки и снижение и снижение токсичности пораженных здоровых клеток.Доставка лекарств не ограничиваясь лечением рака, также носят противовоспалительные препараты комбинациями графена и хитозана и дала многообещающие результаты.

8. Графен в лечении рака

Графен также может обнаруживать раковые клетки на ранних стадиях заболевания. Более того, это может остановить их дальнейшее развитие при многих типах рака, вмешиваясь правильное образование опухоли или вызывающая аутофагию, которая приводит к гибель раковых клеток.

Читать: Графен демонстрирует потенциал в качестве новой терапевтической стратегии против рака

9. Графен в доставке генов

Ген Доставка - это метод, используемый для лечения некоторых генетических заболеваний путем внесения чужеродной ДНК в клетки. Для этих целей можно использовать оксид графена, модифицированный полиэтиленимином. Ожидается, что цели будут демонстрировать низкую цитотоксичность, как и при доставке лекарств. дело.

10. Графен в фототермической терапии

Фототермический терапия (PTT) - это подход, используемый для устранения аномальных клеток в целевых область тела путем облучения специальным веществом, создающим тепло, способное разрушая эти клетки.Оксид графена увеличивает эффективность PTT на количество способов. Во-первых, с его помощью можно переносить химиотерапевтические препараты в больницу. опухолевые клетки, когда они одновременно подвергаются ЧТВ. Комбинирование химиотерапии и такая PTT более эффективна, чем использование одного из этих подходов. А нанокомпозит восстановленного оксида графена (QD-CRGO) может быть использован во время PTT для биоимиджинг раковых клеток. Более того, в своих исследованиях группа ученых из Техасского технологического университета и Техасского университета A&M показали, что использование оксида графена, функционализированного биосовместимым порфирином, в качестве платформа для PTT при раке мозга убила больше раковых клеток, чем PTT в одиночку, не причиняя вреда здоровым клеткам.

11. Графен в мониторинге диабета

Ученые из Университета Бата разработали тест для мониторинга уровня глюкозы в крови. который не прокалывает кожу, в отличие от применяемых в настоящее время тестов с уколом из пальца. Этот патч, включающий датчик графена, может работать на небольшой площади, содержащей хотя бы один волосяной фолликул. Он обнаруживает глюкозу, вытягивая ее из жидкости присутствует между ячейками. Это не только прекращение болезненных методов крови. мониторинг сахара, но также ожидается, что это повысит точность результатов.

12. Графен в диализе

Графен мембраны полезны не только для энергетики, атомной и пищевой промышленности. А группа исследователей из Массачусетского технологического института показала, что графен можно использовать для фильтрации кровь из отходов, лекарств и химикатов. Превосходство графена в в данном случае она в 20 раз тоньше традиционных мембран, что приводит к к значительному сокращению времени нахождения пациентов на диализе.

Читать: Улучшение процесса диализа с помощью графена

13.Графен в кости и зубах Имплантация

Гидроксиапатит, форма апатита кальция, материал, используемый в качестве синтетического заменителя кости для регенерированных костных и зубных тканей. Графен в сочетании с гидроксиапатитом и хитозан, показали повышение прочности, коррозионной стойкости, гибкость и механические и остеогенные свойства заменителя при по сравнению с одним только HAp.

14. Графен в тканевой инженерии и клеточной терапии

Кости являются не единственная ткань, которую может вылечить графен.Было показано, что некоторые формы графена быть совместимым с человеческими остеобластами и мезенхимальными клетками человека, показывая сходные свойства с физиологическим микроокружением клеток. Клетки выросли с помощью этого метода продемонстрировал лучший рост, распространение и дифференциацию будучи неэффективным для жизнеспособности клеток. Стволовые клетки особенно важен в реинжиниринге тканей для улучшения жизни людей с нейрональные нарушения или нейродегенеративные заболевания.

15.Графеновые УФ-датчики

УФ-датчики используются для обнаружения опасных уровней ультрафиолетового излучения, которые могут привести к проблемам с кожей или даже к раку. Однако это не единственное использование УФ-излучения. датчики, они используются в вооруженных силах, оптической связи и а также экологический мониторинг. Сам по себе графен может не давать высоких результатов. светочувствительность, но когда она сочетается с другими материалами, они создают гибкие, прозрачные, экологически чистые и недорогие УФ-датчики, которые в ближайшем будущем приведет к появлению таких технологий, как носимая электроника.

Чтение: Графеновые УФ-датчики

16. Графен для мозга

Тайны о мозге еще полностью не раскрыто. На основе графена Технологии могут позволить ученым раскрыть многие неизвестные, регистрируя электрическую активность мозга. Это новое устройство способно слышать частоты ниже пределов старых технологий, и это не мешает функционирование мозга. Помимо исследований того, как работает мозг, технологии могут помочь ученым понять причины эпилепсии судороги и разработать методы лечения пациентов.Более того, открывая больше о мозге может привести к разработке новых интерфейсов мозг-компьютер, которые используются во многих областях, включая контроль протезирования конечностей.

17. Графен в диагностике ВИЧ

Несмотря на все улучшения, есть много недостатков в текущем диагнозе ВИЧ методы. Они могут обнаружить антитела в организме почти месяц спустя. пациент был инфицирован, или они могут обнаружить сам вирус, однако эти методы требуют времени на обработку и более дорогие по сравнению к методу антител.Биосенсор из кремния или графена, содержащий золотые наночастицы, был разработан Испанской национальной Исследовательский совет, который нацелен на p24, антиген, обнаруженный в ВИЧ. Новый метод может обнаружить вирус только через неделю после заражения и на уровне 100000 в разы ниже, чем могут заметить текущие тесты. Более того, результаты тесты готовы в течение 5 часов после тестирования.

Читать: Самая быстрая диагностика ВИЧ с помощью наночастиц золота и графена

18.Графен Биосенсоры

Один из Преимущество графена заключается в его способности обнаруживать минимальные количества веществ. С его помощью можно обнаружить даже одну молекулу в большом объеме. Биосенсоры изготовленные из графена, оксида графена или восстановленного оксида графена проявляют сверхчувствительные свойства, когда обнаружение ДНК, АТФ, дофамина, олигонуклеотидов, тромбина и различных атомов. Есть несколько медицинских компаний, которые уже продают медицинские датчики, изготовленные из графен.

Чтение: Датчики здоровья из графеновых листов

19. Графен Бактерицид

Графен является великолепным бактерицидным материалом, поскольку он предотвращает образование микроорганизмы, такие как бактерии, вирусы и грибы, повреждая их клетки мембраны между его внешними слоями. По сравнению с различными производными Графен, оксид графена и восстановленный оксид графена показывают лучшие результаты антибактериальные эффекты.GO также можно использовать в качестве соединения с наночастицами серебра для повышения антибактериальных свойств. Еще больше.

20. Графен в контроле над рождаемостью

Графен обладает всеми качествами, которые требуются от презерватива: он гибкий, экстра сильный и очень тонкий. Исследователи из Манчестерского университета поработали о разработке «супер презерватива» сделаны из графена и латекса вместе взятых. Исследование получило большое финансирование, в том числе от Фонда Билла и Мелинды Гейтс.

21. Графен глухонемых

Группа Китайские ученые разработали носимое биоинтегрированное устройство, которое может переводить язык жестов в текст и разговорный язык. Устройство использует невероятная проводимость и гибкость графена.

Чтение: Новый способ общения глухонемых с 3D-графеном

22. Графен при сканировании тела

В отличие от рентгеновских лучей, Зубцы Т, которые можно использовать для сканирования тела, безвредны для человеческого организма.Однако здесь есть одна загвоздка. Т-волны или ТГц излучение трудно обнаружить одновременно. и сгенерировать. Хорошая новость в том, что с помощью некоторых модификаций и других материалы, CVD графен может успешно обнаруживать ТГц излучение. Это не только приведет к более безопасному сканированию тела, но и но также и невероятно более быстрый интернет в будущем.

Применение графена в электронике

Прочтите: Использование графена в электронике

23.Графен в генерации света

Исследователи в Массачусетском технологическом институте обнаружили, что когда свет падает на поверхность графена, он замедляется и фотоны начали двигаться со скоростью, очень близкой к скорости электронов которая увеличивается при движении по графену. Это совпадение позволяет преодолевает световой барьер для электронов и создает свет. Преимущество этого метод по сравнению с обычными способами генерации света, такими как флуоресцентный или Ожидается, что светодиоды будут более эффективными, быстрыми, компактными и управляемый, и похоже, что получение света из графена будет ключевым веха в разработке компьютерных микросхем еще меньшего размера, более быстрых и эффективных.

24. Графеновые транзисторы

Новые супертранзисторы, которые заменяют кремний графеном, могут увеличить скорость компьютеров до в тысячу раз по сравнению с нынешними технологиями. Увеличение скорости компьютеры - это решающий шаг к совершенствованию многих технологий, включая, помимо прочего, блокчейн, моделирование космического пространства, роботы и фондовые рынки.

Читать: Самый быстрый в мире транзистор с графеном

25.Графен в водонепроницаемой электронике

Одна из основных проблем электронных устройств, которых люди боятся. падает в воду. Вместо того, чтобы накрывать устройство плотно прилегающей винты, графен предлагает отличное решение этой проблемы. Инженеры из Университет штата Айова напечатал схемы устройства с помощью графеновых хлопьев потому что графен прозрачный, прочный и проводит электричество. Графен хлопья расположены в определенном порядке, а непроводящие связующие используются для объедините их, чтобы улучшить проводимость.Как и в большинстве областей применения, Графен снова предлагает отличное решение этой проблемы.

26. Графен in Wearable Electronics

Исследователи ищут новые способы питания носимых устройств. Один из выдающийся способ - это гибкие батареи, напечатанные на ткани с помощью графена. Это позволяет людям разряжать батареи и заряжать свои смартфоны или буквально другие устройства. Если этого удастся достичь, это будет экологически чистый и умный электронный текстиль, способный накапливать энергию.Проведение тяжелые аккумуляторы или зарядные устройства войдут в историю с изобретением этого удивительного идея.

27. Графен для сенсорных экранов

Оксид индия и олова (ITO) коммерческий продукт, используемый в качестве прозрачного проводника для смартфонов, планшетов, и компьютеры. Исследователи из Университета Райса разработали Тонкая пленка на основе графена для использования в сенсорных экранах. Установлено, что Тонкая пленка на основе графена превосходит ITO и любые другие материалы с точки зрения производительность, потому что он имеет более низкое сопротивление и более высокую прозрачность.Таким образом, Графен - это новый материал-кандидат на замену ITO.

28. Графен в гибких экранах

Мир технологий были бы одними из больших бенефициаров стандартизации графен в качестве материала для использования в таких продуктах, как смартфоны или таблетки. Это был бы решительный шаг к продвижению в мире смартфоны.

Недавно, Китайская компания выпустила гибкий смартфон с графеновым прикосновением экран.Поскольку один слой графена прочный, легкий, прозрачный и очень токопроводящий, он отвечает всем требованиям, предъявляемым к производству смартфонов. Смартфон китайской компании имеет возможность заворачивать твист полностью и весит всего 200 грамм, что обеспечивает идеальное удобство для использования. Однако производство графена в промышленных масштабах обходится дорого. относительно других материалов, используемых в смартфонах. Исследователи ищут способы производства графена с меньшими затратами.Когда эта проблема и некоторые другие решено, старые телефоны, похоже, заменяются этими гибкими смартфонами в будущее.

Откройте для себя проект Greengraphene от Nanografi, качественный графен экологически чистыми методами и минимальными затратами: Проект-победитель EU Horizon2020 от Nanografi: GREENGRAPHENE

29. Графен на жестких дисках и в памяти

Обычно, графен не считается магнитным, по крайней мере, в управляемом или полезном способ.В 2015 году исследователи из Лаборатории военно-морских исследований США нашли способ превратить графен в надежный и управляемый электромагнитный материал. Если это нововведение будет использовано в жестких дисков, его емкость, как ожидается, будет почти в миллион раз больше, чем что мы используем сегодня.

30. Графен в Elastic Robots

Команда исследователи разработали гель, чувствительный к ближнему инфракрасному свету, поэтому что его можно использовать во многих приложениях при создании гибких или эластичные роботизированные детали.Змеиный роботы, созданные с помощью этого метода, могут изменять свою форму без каких-либо силы извне. Их будущие приложения могут варьироваться от от поисково-спасательных до медицинских операций.

31. Графен как сверхпроводник

Ученые обнаружили что графен также может использоваться как сверхпроводящий материал. Два слоя Графен может проводить электрон без какого-либо сопротивления. Это может быть достигается путем скручивания этих двух слоев графена под «магическим углом», который равно 1.1 °. Большинство сверхпроводящих материалов проявляют свои свойства при температуры, близкие к абсолютному нулю. Даже высокотемпературный сверхпроводящий материалы по сравнению с обычными могут работать при температуре около -140 ° C. Другими словами, эти сверхпроводящие материалы требуют огромного количества энергии для охлаждения. Если графен может использоваться как сверхпроводящий материал при температурах, близких к комнатной. температура, это будет огромная революция для многих областей применения.

32. Графен в оптоэлектронике

Исследователи работают над новым материалом для оптической связи, так как энергия и Потребляемая мощность увеличивается с течением времени.Исследование, проведенное сотрудничество разных университетов показало, что интеграция графена с кремнием может превзойти нынешнюю кремниевую фотонную технологию. Как он может победить текущее состояние искусства? Потому что устройства из графена дешевле, проще и работают на больших длинах волн. По всей видимости, графен представит низкоэнергетический оптическая связь и многие другие удобные оптические системы.

33. Графен в оптических датчиках

Графен имеет множество прорывов в промышленности и науке благодаря своей супер характеристики.Исследователи пытались уменьшить свет, чтобы сделать оптические датчики. меньше. Недавно Институт фотонных наук (ICFO) в Барселоне, с в сотрудничестве с командой Graphene Flagship, проведено исследование что объясняет уменьшение света до толщины всего одного атома, что составляет многие исследователи считали это невозможным. Это открытие приведет к огромный шаг в создании сверхмалых оптических датчиков и переключателей.

34. Графен Датчики безопасности

Один из Первым практическим и реальным применением графена были защитные этикетки.Вместо громоздких датчиков, которые так много магазинов, датчики, сделанные из графена, меньше, более эстетичны, способны сгибаться, не повреждая цепь, и стоит всего пару центов за ярлык.

Применение графена в пищевой промышленности

35. Графен в упаковке пищевых продуктов

Графен также может использоваться в качестве материала покрытия, поскольку он предотвращает перенос воды и кислорода. Можно использовать графеновые мембраны в пищевой или фармацевтической упаковке, сохраняя пищу и лекарства свежими для Долгое время.Это может показаться простым приложением, но оно может значительно уменьшить количество пищевых отходов, которые люди выбрасывают каждый день.

36. Графен в очистке воды

Обычно очистка воды - непростой процесс, поэтому процесс зависит от того, насколько сильно загрязнена вода. Австралийка Ученый нашел недорогой метод очистки воды за одну операцию. Графен на основе сои, который также называют «GrapHair», используется в качестве фильтра.Этот фильтр может сделать самую грязную воду пригодной для питья. это более эффективно, дешевле и экологичнее по сравнению с другими методами.

Читать: Использование графена в фильтрации воды

37. Графен в опреснении

Примерно, 97,5% всей воды на планете является соленой. Неважно как мы выкапываем много колодцев, из них пресная вода составляет лишь 2,5%. Фильтры основанные на сетках, в которых используется графен, дали потрясающие результаты.Университет из Манчестера использовали графен для изготовления фильтрующего сита с более высокой плотностью. и позволяет частицам воды проходить, но предотвращает образование солей.

38. Графен в защите растений

Графен отличный материал для сенсоров. Микродатчики могут изготавливаться благодаря уникальной структуре графена. Это может определить, опасна ли молекула для окружающей среды. Эти датчики могут быть использованы в пищевой промышленности, особенно в защите растений.Фермеры могут отслеживать и обнаруживать опасные и вредные газы для сельскохозяйственных культур, и они могут определить идеальные участки для роста урожая в зависимости от атмосферные условия и даже уровень влажности и «жажда» растений с помощью графеновых датчиков.

39. Графен для продовольственной безопасности

Исследования, проведенные Университетом Райса США, показали что лазерно-индуцированный графен можно наносить на различные вещества, такие как дерево, хлеб, кокос и др.Может показаться, что это вещество с нанесенным на него узором. чернилами, но это не так. Лазер науглероживает материал и науглероживает материал превращается в графен. Любой узор по желанию может быть достигается с помощью этой техники. Проблемы, связанные с продовольственной безопасностью, можно преодолеть по этой методике.

Применение графена в спорте

40. Графен in Обувь

Кроссовки Graphene? Да, хотя в данном случае не используются чисто другие композитные материалы. воспользуйтесь этим.Фактически, утверждается, что подошва из чистого графена может длиться сотни лет. Манчестерский университет и спортивный бренд Inov-8 разработали обувь с использованием графена, который увеличивает прочность подошвы и свойства гибкости на 50%. Эта обувь более прочная и впитывает удары, которые могут повредить кости и суставы.

41. Графен в шлемах

Идеал шлем будет прочным, устойчивым к ударам, прочным, удобным и легким.Графен невероятно прочный, легкий и гибкий. Он даже используется в бронежилеты, поэтому он точно может противостоять ударам. Благодаря этим свойствам, графен коммерчески используется в мотоциклетных шлемах.

42. Графен в шинах

Графен также используется для изготовления более интеллектуальных шин и компонентов спортивных велосипедов. Добавление графена к шинам велосипеда, очевидно, увеличивает сопротивление проколу и скорость, снижает сопротивление качению и делает их легче, прочнее, быстрее и более устойчивый.

Читать: Графеновые шины и графеновые тормозные колодки

43. Графеновая одежда

Использование волокна графена в тканях обеспечивают антибактериальную и антистатическую одежду, которая может сохранить тепло и заблокировать УФ. Эти ткани можно использовать для создания уличных спортивная одежда, детские пижамы, отталкивающие почвенные бактерии, или даже домашние мебель для предотвращения развития бактерий на ее поверхности.

44. Графеновые ракетки

Графен может улучшить распределение энергии и вес ракетки при увеличении скорость и стабильность обслуживания. Производитель теннисного оборудования Head have уже разработала серию имеющихся в продаже ракеток, усиленных графен, названный «Графен 360», который уже используется такими звездами тенниса, как Новак Джокович и Саша Зверев.

45. Графен Электронные татуировки и отслеживание фитнеса

Графеновая электронная татуировка (GET) разработана учеными из Техасский университет.Во-первых, они более устойчивы к влаге, имеют большую эластичность - с возможностью увеличения или уменьшения до 40%, имеют общую толщиной 463 ± 30 нм и имеют оптическую прозрачность примерно 85%. Они как вторая кожа. Эти татуировки можно использовать для отслеживания пульса, температура, уровень гидратации, насыщение кислородом и даже уровень воздействия к УФ. Сферы их применения могут варьироваться от фитнес-трекинга до медицины.

Другие применения графена

46.Графен и шелк

Исследователи в Китае провели исследование для улучшения свойств шелка, который уже имеет отличные характеристики. Шелкопряды поедают листья белой шелковицы. Исследователи распылили раствор, имеющий 0,2 мкм. процентов графена на листьях, и пусть шелкопряды съедят эти листья. Выводы были многообещающими, потому что коммерческие шелкопряды, которых кормили опрысканными графеном листьями, дают в десять раз больше, чем у обычного тутового шелкопряда. Пока неясно, сколько графена переваривается тутовыми шелкопрями, это исследование даст положительный результат. влияние на умную одежду, что является актуальной темой последних лет.

Читать: Кормление шелкопряда углеродными нанотрубками или графеном для производства супер шелка

47. Графен в цементе

Потенциал Области применения графена со временем расширяются. Один из важных Возможное использование графена - это строительная промышленность, потому что графен прочный и легкий, что идеально подходит для строительства. Может быть используется вместо стали, но прочность и вес - не единственные параметры.Основная проблема графена в том, что в графене очень быстро распространяется трещина. что может вызвать катастрофические сбои. Исследователи пытаются найти способы использование графена в строительстве. Группа исследователей из Университета Компания Exeter использовала графен в цементе в качестве армирующего материала и провела испытания. Как В результате получился бетон в 2,5 раза прочнее и в 4 раза менее водопроницаемый. получено, что доказывает, что графен может быть отличным армирующим материалом в строительство.

Читать: Использование графена в строительстве

48. Графен в изоляции

Графен может использоваться в качестве сверхпроводящего или изоляционного материала, когда два листа графена расположены на магический угол. Большинство металлических частей автомобилей, кораблей или самолетов страдают от ржавчина. Когда графен сочетается с краской, он может быть отличной изоляцией. материал для создания поверхностей без ржавчины. Другим применением может быть покрытие из кирпичи и камни.Таким образом можно построить водонепроницаемые дома.

Читать: Использование графена в строительстве

49. Графен в динамиках и наушниках

Динамик преобразует электричество в звук, вибрируя мембрану в воздухе. Графен используется для изготовления легких мембран с большой жесткостью. Кроме того, в наушниках используются небольшая диафрагма, усиленная графеном. GrapheneQ, наушники, разработанные компания ORA Sound легче и меньше, и в то же время он может достигать все громче и выше качественные звуки с меньшим энергопотреблением.

Чтение: Графеновый динамик

50. Графен в фотографии

Из-за его исключительные свойства и высокая чувствительность к ультрафиолету, видимому и инфракрасные лучи, графен кажется одним из идеальных материалов для проталкивания цифровая фотография и любая дисциплина, где оптические модуляторы и фоторецепторы задействованы. Датчики камер, усиленные графеном и квантовая точка может быть меньше и легче, обеспечивая при этом большее разрешение уровней, чем мог до сих пор любой маленький датчик.

51. Графен в автомобилестроении

необычайная прочность и твердость графена вкупе с его гибкостью, идеально подходит для создания автомобилей, невосприимчивых к ударам. Кроме того, Также могли быть созданы противоаварийные автомобили. Это приведет к прямому снижение смертности на дорогах. Графеновые автомобили, которые мы можем увидеть в автосалонах Ожидается, что в течение десятилетия они также станут дешевле и легче.

52. Графен в самолетах

Ученые из Великобритании разработали самолет, который включает графен в углеродное волокно. покрытие крыльев самолета.Модель самолета Просперо, был светлее, так как его было достаточно, чтобы покрыть крылья только одним слоем улучшенный композит. Он потребляет меньше топлива, лучше сопротивляется ударам и имеет более низкую экологические издержки.

Читать: Использование графена в аэрокосмической промышленности

53. Графен Краски

Каждые Художник знает это очень хорошо: влажность - враг живописи номер один. Графенстон - компания, которая производит решения для рисования графеном.Результат? Свет лучше отскакивает, защищает бочки и подвалы, поглощает 120 граммов CO 2 на квадратный метр и способна противостоять коррозии, вызванной контактом с металлами.

Читать: Использование графена в строительстве

54. Графен в баллистике

Кевлар используется при производстве бронежилетов, шлемов и защитной одежды. и даже оружие. Но графен гораздо более пластичен и с медицинской точки зрения безопаснее в случае аварии и контакта с кровотоком.Кроме того, кевлар и графеновые композиты легче изнашиваются и увеличивают поглощение тепла для защита волокон по сравнению с кевларом сам по себе.

Читать: Военное применение графена

55. Графен в военной защитной экипировке

Один из будущее использование графена предназначено для рук промышленность. В частности, его полезность будет направлена ​​на защиту и защита.Его можно было использовать для изготовления шлемов, бронежилетов и многих других материалов. больше аксессуаров. Фактически, это может быть определяющим материалом для будущего. полицейских сил и армий.

Читать: Военное применение графена

56. Графен в тепловизионном и инфракрасном зрении

Отличный Прогресс, который мы могли увидеть, - это разработка графеновых линз, которые позволяют тепловое и инфракрасное зрение. Графен позволяет изготавливать такие ультратонкие устройства со встроенной камерой, которая дает пользователю инфракрасный и тепловизионный зрение.То, что до сих пор мы видели только в научно-фантастических фильмах.

57. Графен в машиностроении и смазочных материалах

Промышленные машины в основном страдают от трения, потому что трение влияет на долговечность, прочность, эффективность и срок службы машин отрицательно. Чтобы свести к минимуму эти эффекты, используются твердые или жидкие смазочные материалы. В последнее время графен, имеющий бесчисленное множество потенциальных областей применения, получил широкое распространение. начал светить на эту тему.Почему графен? Потому что он предлагает идеальное фрикционные и износостойкие свойства по сравнению с обычными материалами. Он также может служат в качестве твердой или жидкой смазки. Кроме того, наличие отличного химического инертность, гладкая и плотно упакованная поверхность делают графен отличным смазочным материалом.

Считывание: Отсутствие трения с помощью графена

58. Графен в защите от коррозии стекла

Одной из областей применения графена является то, что его можно использовать в качестве материал покрытия для стекла.Хотя стекло - материал с высокой устойчивостью к коррозия, она может подвергнуться коррозии при некоторых условиях, таких как высокая влажность или экстремальные значения pH. Кроме того, в некоторых областях жизненно важна долговечность стекла. например, в фармацевтической или оптической промышленности. Это предотвращает любой тип отказа такие как коррозия, окисление, электромагнитное излучение. Графен с высоким прозрачность и высокая химическая инертность могут быть перспективным материалом для защита стекла.

Читать: Защита стекла от коррозии с помощью графена

59.Графен в области радиационной защиты

Ученые пытались свести радиацию к минимуму, так как это очень опасно для здоровья человека. Для этого в качестве материала могут использоваться самые разные материалы. материал для защиты от излучения, но есть много параметров, которые влияют на эффективность экранирования. Графен известен как слабый поглотитель излучения, но ученые обнаружили, что он может быть отличным экранирующим материалом, когда его используют в многослойной форме, представляющей собой графеновые пластины.Графен - выдающийся материал для этой цели благодаря невысокой стоимости изготовления, небольшому весу и высокая эффективность по сравнению с любыми другими защитными материалами.

Чтение: Графеновая радиационная защита

60. Графен для антикоррозионных нефтегазовых труб

Подводные трубы используемый для перевозки нефти или газа, со временем подвержен коррозии, так как CO2 и вода иногда может проникать через внешние слои.Их ремонт стоит дорого, и если они ломаются из-за коррозии, они высвободят содержимое, которое может быть токсичен для водных организмов. Исследователи из Манчестерского университета и технологической компании TWI разработали покрытие с нанопластинки графена и протестировали его в условиях температуры и давления трубы окажутся под водой. В результате проницаемость для CO2 была уменьшилась на 90% и снизилась проницаемость для других коррозионных агентов, так как хорошо.

Не удалось найти применение графена, которое вы знать о? Или видели тот, который устарел и уже не действует? Графен - это новый материал с великолепными свойствами и десятки исследований по нему начаты или результат каждый день, поэтому мы могли пропустить один.

Напишите нам по адресу [email protected] , и мы добавим ваш вклад в список, со ссылкой на вас.



18 июля 2019 г. Özge Kutun, Erhan Öztemur, Arslan Safder

Применение и использование графена - Графенея

Применение и использование графена

Графен, широко разрекламированный и ныне известный двумерный углеродный аллотроп, является таким же универсальным материалом, как и любой другой открытый на Земле.Его удивительные свойства самого легкого и прочного материала по сравнению с его способностью проводить тепло и электричество лучше, чем что-либо еще, означают, что он может быть интегрирован в огромное количество приложений. Первоначально это будет означать, что графен используется для улучшения характеристик и эффективности существующих материалов и веществ, но в будущем он также будет разрабатываться вместе с другими двумерными (2D) кристаллами для создания еще более удивительных соединений, подходящих для этого. еще более широкий спектр приложений.Чтобы понять потенциальные применения графена, вы должны сначала понять основные свойства материала.

Впервые графен был произведен искусственно; ученые буквально взяли кусок графита и рассекли его слой за слоем, пока не остался только один слой. Этот процесс известен как механическое отшелушивание. Полученный монослой графита (известного как графен) имеет толщину всего 1 атом и, следовательно, является самым тонким материалом, который можно создать, не становясь нестабильным при открытии для элементов (температуры, воздуха и т. Д.).). Поскольку графен имеет толщину всего 1 атом, можно создавать другие материалы, вставляя слои графена с другими соединениями (например, один слой графена, один слой другого соединения, за которым следует еще один слой графена и т. Д.). эффективно использовать графен в качестве атомной основы, из которой создаются другие материалы. Эти недавно созданные соединения также могут быть превосходными материалами, как и графен, но потенциально могут иметь еще больше применений.

2D-материалы

После разработки графена и открытия его исключительных свойств неудивительно, что интерес к другим двумерным кристаллам существенно возрос.Эти другие двумерные кристаллы (такие как нитрид бора, диселенид ниобия и сульфид тантала (IV)) могут использоваться в сочетании с другими двумерными кристаллами для почти неограниченного числа применений. Итак, в качестве примера, если вы возьмете соединение диборид магния (MgB2), который известен как относительно эффективный сверхпроводник, а затем чередуя его чередующиеся атомные слои бора и магния с отдельными слоями графена, это повысит его эффективность как сверхпроводника. Или еще один пример - объединение минерала молибденита (MoS2), который может использоваться в качестве полупроводника, со слоями графена (графен является фантастическим проводником электричества) при создании флэш-памяти NAND, чтобы разработать флэш-память, которая будет намного меньше по размеру и гибче, чем современные технологии (как это было доказано группой исследователей из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии).

Единственная проблема с графеном заключается в том, что качественный графен - отличный проводник, у которого нет запрещенной зоны (его нельзя отключить). Следовательно, чтобы использовать графен в создании будущих наноэлектронных устройств, в нем необходимо будет создать запрещенную зону, которая, в свою очередь, снизит подвижность его электронов до уровней, наблюдаемых в настоящее время в напряженных пленках кремния. По сути, это означает, что необходимо провести будущие исследования и разработки, чтобы в будущем графен заменил кремний в электрических системах.Однако недавно несколько исследовательских групп показали, что это не только возможно, но и вероятно, и мы смотрим на месяцы, а не на годы, пока это не будет достигнуто хотя бы на базовом уровне. Некоторые говорят, что следует избегать подобных исследований, поскольку это сродни превращению графена в то, чем он не является.

В любом случае, эти два примера - лишь верхушка айсберга только в одной области исследований, тогда как графен - это материал, который можно использовать во многих дисциплинах, включая, но не ограничиваясь: биоинженерию, композитные материалы, энергетические технологии и нанотехнологии. .

Приложения

Биологическая инженерия

Биоинженерия, безусловно, станет областью, в которой графен станет жизненно важной частью в будущем; хотя необходимо преодолеть некоторые препятствия, прежде чем его можно будет использовать. Текущие оценки показывают, что не раньше 2030 года мы увидим, что графен широко используется в биологических приложениях, поскольку нам все еще нужно понимать его биосовместимость (и он должен пройти многочисленные испытания безопасности, клинические и нормативные испытания, которые, проще говоря, потребуют серьезной оценки. очень долгое время).Однако свойства, которые он отображает, предполагают, что он может революционизировать эту область несколькими способами. Благодаря тому, что графен обладает большой площадью поверхности, высокой электропроводностью, тонкостью и прочностью, он станет хорошим кандидатом для разработки быстрых и эффективных биоэлектрических сенсорных устройств, способных контролировать такие вещи, как уровень глюкозы, уровень гемоглобина, холестерин и даже Секвенирование ДНК. В конце концов, мы можем даже увидеть искусственно созданный «токсичный» графен, который можно будет использовать в качестве антибиотика или даже противоракового лечения.Кроме того, благодаря своему молекулярному составу и потенциальной биосовместимости, он может быть использован в процессе регенерации тканей.

Узнайте больше о новой линейке графеновых полевых транзисторов Graphenea для биосенсоров здесь.

Оптическая электроника

Одна конкретная область, в которой мы скоро увидим использование графена в промышленных масштабах, - это оптоэлектроника; особенно сенсорные экраны, жидкокристаллические дисплеи (LCD) и органические светоизлучающие диоды (OLED).Чтобы материал можно было использовать в оптоэлектронных устройствах, он должен пропускать более 90% света, а также обладать электропроводящими свойствами, превышающими 1 x 106 Ом · м1, и, следовательно, низким электрическим сопротивлением. Графен - это почти полностью прозрачный материал, способный оптически пропускать до 97,7% света. Он также обладает высокой проводимостью, как мы уже упоминали ранее, и поэтому он будет очень хорошо работать в оптоэлектронных приложениях, таких как сенсорные ЖК-экраны для смартфонов, планшетов и настольных компьютеров и телевизоров.

В настоящее время наиболее широко используемым материалом является оксид индия и олова (ITO), и развитие производства ITO за последние несколько десятилетий привело к созданию материала, который может очень хорошо работать в этом приложении. Однако недавние испытания показали, что графен потенциально способен соответствовать свойствам ITO даже в текущих (относительно недостаточно развитых) состояниях. Кроме того, недавно было показано, что оптическое поглощение графена можно изменить, регулируя уровень Ферми.Хотя это не кажется большим улучшением по сравнению с ITO, графен демонстрирует дополнительные свойства, которые могут позволить разработать очень умную технологию в оптоэлектронике, заменив ITO графеном. Тот факт, что высококачественный графен имеет очень высокий предел прочности на разрыв и является гибким (с радиусом изгиба менее 5-10 мм, необходимых для рулонной электронной бумаги), делает почти неизбежным его скорое использование в вышеупомянутых приложениях. .

Что касается потенциальных реальных электронных приложений, мы можем в конечном итоге ожидать появления таких устройств, как электронная бумага на основе графена с возможностью отображения интерактивной и обновляемой информации, а также гибкие электронные устройства, включая портативные компьютеры и телевизоры.

«Графен - это материал, который можно использовать во многих дисциплинах, включая, но не ограничиваясь: биоинженерию, композитные материалы, энергетические технологии и нанотехнологии».

Рекомендуемые товары

GFET-S10
(размер матрицы 10 мм x 10 мм)
Для датчиков
380,00 $


Высококонцентрированный оксид графена (концентрация 2,5 мас.%)
440,00 $


Easy Transfer: однослойный графен на полимерной пленке
(1 см x 1 см)
80.00 $


Ультрафильтрация

Еще одним выдающимся свойством графена является то, что, хотя он позволяет воде проходить через него, он почти полностью непроницаем для жидкостей и газов (даже относительно небольших молекул гелия). Это означает, что графен можно использовать в качестве среды для ультрафильтрации, чтобы действовать как барьер между двумя веществами. Преимущество использования графена заключается в том, что он имеет толщину всего 1 атом, а также может быть использован в качестве барьера для электронного измерения деформации и давления между двумя веществами (среди многих других переменных).Группе исследователей из Колумбийского университета удалось создать однослойные графеновые фильтры с размером пор всего 5 нм (в настоящее время современные нанопористые мембраны имеют размер пор 30-40 нм). Хотя эти размеры пор чрезвычайно малы, поскольку графен настолько тонкий, давление во время ультрафильтрации снижается. В настоящее время графен намного прочнее и менее хрупко, чем оксид алюминия (в настоящее время используется в системах фильтрации с длиной волны менее 100 нм). Что это значит? Что ж, это может означать, что графен разработан для использования в системах фильтрации воды, системах опреснения и создании эффективного и экономически более жизнеспособного биотоплива.

Композиционные материалы

Графен прочный, жесткий и очень легкий. В настоящее время аэрокосмические инженеры используют углеродное волокно при производстве самолетов, поскольку оно также очень прочное и легкое. Однако графен намного прочнее, но при этом намного легче. В конечном итоге ожидается, что графен будет использоваться (вероятно, интегрирован в пластмассы, такие как эпоксидная смола) для создания материала, который может заменить сталь в конструкции самолета, улучшая топливную эффективность, дальность полета и снижая вес.Благодаря своей электропроводности его можно даже использовать для покрытия материала поверхности самолета, чтобы предотвратить электрические повреждения в результате ударов молнии. В этом примере то же графеновое покрытие может также использоваться для измерения скорости деформации, уведомляя пилота о любых изменениях уровней напряжений, которым подвержены крылья самолета. Эти характеристики также могут помочь в разработке приложений с высокими требованиями к прочности, таких как бронежилеты для военнослужащих и транспортных средств.

Фотоэлектрические элементы

Предлагает очень низкий уровень поглощения света (около 2.7% белого света), одновременно предлагая высокую подвижность электронов, означает, что графен может использоваться в качестве альтернативы кремнию или ITO при производстве фотоэлектрических элементов. Кремний в настоящее время широко используется в производстве фотоэлектрических элементов, но, хотя кремниевые элементы очень дороги в производстве, элементы на основе графена потенциально намного дешевле. Когда материалы, такие как кремний, превращают свет в электричество, он производит фотон для каждого произведенного электрона, а это означает, что большая часть потенциальной энергии теряется в виде тепла.Недавно опубликованные исследования доказали, что когда графен поглощает фотон, он фактически генерирует несколько электронов. Кроме того, хотя кремний может генерировать электричество из определенных диапазонов длин волн света, графен может работать на всех длинах волн, а это означает, что графен может быть таким же эффективным, если не более эффективным, чем кремний, ITO или (также широко используемый ) арсенид галлия. Гибкость и тонкость означает, что фотоэлектрические элементы на основе графена могут использоваться в одежде; для подзарядки мобильного телефона или даже в качестве фотоэлектрических оконных экранов или занавесок, оснащенных ретро-панелями, для обеспечения электропитания вашего дома.

Накопитель энергии

Одна область исследований, которая очень хорошо изучается, - это хранение энергии. Хотя все области электроники развивались очень быстрыми темпами за последние несколько десятилетий (со ссылкой на закон Мура, который гласит, что количество транзисторов, используемых в электронных схемах, будет удваиваться каждые 2 года), проблема всегда заключалась в хранении энергии. в батареях и конденсаторах, когда он не используется. Эти решения по хранению энергии развиваются гораздо медленнее.Проблема в следующем: батарея потенциально может содержать много энергии, но для ее зарядки может потребоваться много времени, конденсатор, с другой стороны, может заряжаться очень быстро, но не может удерживать столько энергии (сравнительно говоря ). Решение состоит в том, чтобы разработать компоненты накопителя энергии, такие как суперконденсатор или аккумулятор, которые могут без компромиссов обеспечить обе эти положительные характеристики.

В настоящее время ученые работают над расширением возможностей литий-ионных аккумуляторов (за счет включения графена в качестве анода), чтобы предложить гораздо более высокую емкость для хранения с гораздо большей долговечностью и скоростью заряда.Кроме того, графен изучается и разрабатывается для использования в производстве суперконденсаторов, которые могут заряжаться очень быстро, но также могут хранить большое количество электроэнергии. Микро-суперконденсаторы на основе графена, вероятно, будут разработаны для использования в приложениях с низким энергопотреблением, таких как смартфоны и портативные вычислительные устройства, и потенциально могут быть коммерчески доступны в течение следующих 5-10 лет. Литий-ионные аккумуляторы с графеном можно использовать в приложениях с гораздо более высоким энергопотреблением, таких как транспортные средства с электрическим приводом, или они могут использоваться, как сейчас, литий-ионные аккумуляторы в смартфонах, ноутбуках и планшетных ПК, но при значительно меньших размерах и весе.

Graphenea недавно запустила новый сервис в отрасли - GFAB; Изготовление графена. Полностью индивидуальная графеновая печать на пластинах размером до 6 дюймов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить подробную информацию или узнать больше о GFAB здесь.

Вступительная глава: Графен и его приложения

Дегенерация фоторецепторов включает гетерогенную группу заболеваний, характеризующихся гибелью фоторецепторов и прогрессирующей потерей зрения. Дегенерация фоторецепторов - основная причина слепоты в развитых странах, от которой в настоящее время не существует эффективного лечения [1].Рыбки данио являются хорошей моделью для изучения развития фоторецепторов и болезней, поскольку анатомическая организация и развитие сетчатки у позвоночных значительно сохранены. В отличие от сетчатки млекопитающих, которая богата палочками, у рыбок данио имеется сетчатка, богатая колбочками и палочками, что облегчает изучение колбочек. Остроту конусного зрения можно оценить с помощью простой оптокинетической реакции (OKR) даже на очень ранних стадиях развития. В этом обзоре я обсуждаю, почему модель рыбок данио полезна для раскрытия механизмов потери фоторецепторов.Кроме того, в отличие от млекопитающих, рыбки данио обладают способностью полностью регенерировать мертвые фоторецепторы, что вселяет надежду на будущее лечение этого заболевания. Здесь я резюмирую наше текущее понимание этой реакции регенерации.

\ n

1.1 Фоторецепторы в сетчатке рыбок данио

\ n

Нервная сетчатка рыбок данио, как и у других позвоночных, состоит из трех ядерных слоев, разделенных двумя синаптическими слоями (\ nРисунок 1 \ n). Внешний ядерный слой (ONL) состоит из фоторецепторов палочки и колбочки, светочувствительных нейронов.Внутренний ядерный слой (INL) состоит из биполярных, горизонтальных и амакриновых нейронов, нейронов второго порядка. Слой ганглиозных клеток образован ганглиозными клетками, аксоны которых выходят из сетчатки, образуя зрительный нерв, который соединяется с тектумом. Эти нейроны соединяются синапсами в плексиформных слоях. Нервная сетчатка расположена рядом с пигментным эпителием сетчатки (RPE), который поддерживает общий гомеостаз фоторецепторов, например, рециркуляцию 11-цис-ретиналя для регенерации зрительного пигмента [2, 3].

\ n
Рис. 1.

Организация сетчатки у рыбок данио. (A) Полутонкий срез сетчатки рыбок данио через 7 дней после оплодотворения (dpf). Нервная сетчатка состоит из 3 слоев. ONL состоит из фоторецепторов конуса и стержня. (B) Схематическое изображение всех компонентов сетчатки. ONL: внешний ядерный слой; INL: внутренний ядерный слой; GCL: слой ганглиозных клеток; РПЭ: пигментный эпителий сетчатки; h: горизонтальный; б: биполярный; а: амакрин; g: нейрон ганглия.

\ n

Фоторецепторы - поляризованные нейроны с характерной морфологией.Они отображают очень специализированные клеточные области, включая внешние сегменты (ОС), соединительные реснички, тела клеток и терминальные синапсы. Структура ОС важна для фототрансдукции. Тела клеток обладают механизмами для поддержки всех функций клеток, а их синаптические окончания передают сигналы биполярным нейронам. ОС образованы сотнями дисков клеточных мембран, расположенных горизонтально и связанных с высокой концентрацией белков для фототрансдукции. Эти белки синтезируются в телах клеток, а затем транспортируются в ОС через соединяющиеся реснички.

\ n

Фоторецепторы - это сенсорные нейроны, которые производят электрические реакции при стимуляции светом. В ОС фотоны захватываются молекулами фотопигмента, чтобы инициировать каскады фототрансдукции [4]. Фототрансдукция - это сложный сигнальный процесс, который приводит к закрытию потенциалзависимых ионных каналов, вызывая изменение мембранного потенциала. Затем этот электрический сигнал усиливается другими типами клеток внутренней сетчатки и передается в мозг. Хотя этот сигнальный путь является общим как для палочек, так и для колбочек, сигнальные белки в основном кодируются отдельными наборами генов, специфичных для палочек и колбочек.Конусные и стержневые фоторецепторы имеют разную светочувствительность. Палочки чрезвычайно чувствительны к свету низкой интенсивности, в то время как колбочки работают при более высокой интенсивности света и позволяют различать цвета. У рыбок данио четыре разных подтипа шишек организованы в виде точной мозаики. Колбочки многочисленны по всей сетчатке рыбок данио, в отличие от людей, у которых колбочки имеют высокую плотность в ямке. Как и люди, рыбки данио ведут дневной образ жизни.

\ n \ n

1.2 Рыбки данио как модель для изучения наследственных заболеваний глаз у людей

\ n

Наследственные болезни сетчатки связаны с гетерогенными мутациями, которые приводят к прогрессирующей гибели фоторецепторов, ведущей к слепоте.В настоящее время известно, что мутации в более чем 200 генах связаны с заболеваниями сетчатки [Сетчатая информационная сеть (RetNet): https://sph.uth.edu/retnet]. Дегенерация сетчатки включает многофакторные заболевания, такие как пигментный ретинит, врожденный амавроз Лебера (LCA), дистрофия шишковидного стержня и возрастная дегенерация желтого пятна (AMD). Во многих случаях эти заболевания схожи по морфологической патогенности, тогда как их генетическое происхождение может быть связано с мутациями, затрагивающими различные белки, такие как опсины, белки каскада трансдукции, цилиарный белок или метаболические белки.

\ n

Дегенерация сетчатки может поражать палочки, колбочки или и то, и другое. Пигментный ретинит - замечательное заболевание, вызванное мутацией в фоторецепторах палочек, которая прогрессирует и поражает фоторецепторы колбочек дикого типа. Он характеризуется прогрессированием от куриной слепоты из-за смерти фоторецепторов палочек до дисфункции и дегенерации колбочек, сосредоточенных в ямке в центре сетчатки [5]. Пигментный ретинит - наиболее распространенная наследственная дистрофия сетчатки (ВДР), поражающая примерно 1 из 4000 человек [6].AMD - это многофакторное заболевание, которое поражает RPE и приводит к потере центрального зрения, поддерживаемой фоторецепторами колбочек. AMD является ведущей причиной слепоты в промышленно развитых странах [7]. Возраст и положительный семейный анамнез ВМД - два самых сильных фактора риска ВМД. Это заболевание характеризуется изменениями пигментации на уровне РПЭ и отложением внеклеточных отложений, называемых друзами, между базальной поверхностью РПЭ и мембраной Бруха в макуле [8].

\ n

Врожденный амавроз Лебера - это группа моногенных наследственных дегенеративных заболеваний сетчатки, которые обычно проявляются ранним началом и тяжелой зрительной дисфункцией с прогрессирующей дегенерацией [9].По крайней мере 25 генов, участвующих в ретиноидном цикле и фототрансдукции, морфогенезе фоторецепторов и переносе белков в соединительных ресничках, связаны с LCA. Конусообразные и конусно-стержневые дистрофии представляют собой клинически и генетически гетерогенную группу наследственных заболеваний сетчатки, включающую до 30 генов. Вначале фоторецепторы колбочки дегенерируют, после чего происходит потеря палочковых фоторецепторов. Эти расстройства обычно проявляются прогрессирующей потерей центрального зрения, нарушениями цветового зрения и светобоязнью [10].

\ n

Зачем использовать рыбок данио для исследования наследственной дистрофии сетчатки? Данио - это небольшие тропические рыбы, за которыми легко ухаживать, и которые производят много яиц. У них прозрачные зародыши, которые развиваются очень быстро, с периодом генерации 3–4 месяца. Рыбок данио также легко изменить генетически [11]. Зрительная система хорошо сохранена. Он работает уже через 5 дней после оплодотворения (dpf), и его можно оценить с помощью OKR [12]. Сетчатка рыб имеет множество конусов. Поскольку несколько генов имеют дополнительные паралоги, вызванные дупликацией генов у костистых рыб, некоторые гены являются специфичными для колбочек и палочек, что делает их пригодными для независимого изучения обоих типов фоторецепторов [13].Новаторская работа Streisinger, которая произвела мутанты с использованием УФ-облученных сперматозоидов, гидростатического давления, теплового шока или гамма-излучения, доказала, что генетику можно изучать с использованием рыбок данио [14, 15]. Вскоре после этого были выделены обширные коллекции мутантов, у которых развивается дегенерация сетчатки, что подтолкнуло рыбок данио к офтальмологическим исследованиям.

\ n \ n
1.2.1 Перспективный генетический скрининг для выделения мутантов с дефектами зрения
\ n

В специальном выпуске Development за 1996 год было опубликовано 37 статей, в основном из лаборатории Нюсслейн-Фольхард в Тюбингене и лаборатории Вольфганга Дривера в Бостоне.Эти группы выполнили крупномасштабные экраны мутагенеза у рыб-основателей, химически мутагенизированных N-этил-N-нитрозомочевиной (ENU) [16, 17, 18], чтобы предоставить исследователям тысячи мутантов (\ nРисунок 2 \ n). В этом специальном выпуске описано около 1500 мутаций в более чем 400 генах, участвующих в процессах, управляющих развитием и органогенезом [19]. Эти первоначальные скрининги были основаны на оценке фенотипа с помощью стереомикроскопа, без окрашивания или сложной микроскопии. Кроме того, были проведены поведенческие скрининги для выделения визуальных мутантов [12, 20, 21, 22, 23].В этих случаях OKR и оптомоторные ответы (OMR) мутагенизированных личинок измерялись во время трех поколений скрининга рецессивных мутаций (\ nРисунок 2 \ n). В другом скрининге использовалась рыба поколения F1 (возраст 8–10 месяцев), полученная мутагенезом ENU, и оценивалась их реакция бегства на угрожающий объект с целью выделения доминантных мутантов [24, 25].

\ n
Рисунок 2.

Генетические стратегии для выделения визуальных мутантов рыбок данио. (A) Форвардный скрининг трех поколений. Самцов рыбок данио обрабатывают мутагенным препаратом ENU с последующим скрещиванием 3 поколений для выделения гомозиготных рецессивных мутантов.Личинки обычно проверяются с помощью тестов визуального поведения. (B) Обратный генетический скрининг на основе технологии Crispr / Cas9. В 1–4 клеточные яйца вводят микроинъекцию смеси гРНК и Cas9 для нацеливания на конкретный интересующий ген. Основатели должны пройти проверку в следующем поколении на предмет наследования мутации. Гомозиготные рецессивные мутанты оцениваются на предмет аномальных фенотипов.

\ n

Геном рыбок данио секвенирован, обеспечивая мишени для обратной генетики с помощью морфолино [26].Использование мутантов, выявленных в результате скрининга, в сочетании с нокдауном морфолино было широко используемой стратегией для понимания механизмов, лежащих в основе многих биологических процессов, включая зрение. Морфолино представляют собой антисмысловые олигонуклеотиды, предназначенные для временного подавления функции генов путем блокирования трансляции или сплайсинга [27]. Однако морфолины ограничивают эмбриональное развитие. Обычно вводят от 1 до 4-х клеточных эмбрионов, и можно изучать эффекты до 4–5 dpf. Мутагенный скрининг рыбок данио выявил консервативные функции многих генов позвоночных и идентифицировал ортологи рыбок данио для 82% известных генов заболеваний сетчатки у человека.

\ n \ n \ n
1.2.2 Определение специфических путей передачи сигналов между фоторецепторами колбочек или палочек
\ n

Генетический скрининг рыбок данио пролил свет на молекулярные основы функций фоторецепторов путем выделения зрительных мутантов. Мутанты фоторецепторов были выделены, охарактеризованы и картированы. Функцию конуса можно оценить с помощью OKR и OMR при нормальном освещении у личинок 5–7 dpf. Прорывным открытием в дистрофии сетчатки явилась идентификация мутантов фосфодиэстеразы 6c (pde6c), нового гена фототрансдукции, специфичного для колбочек [12, 28]. Pde6c - / - \ n был идентифицирован как слепой мутант рыбок данио с быстрой дегенерацией фоторецепторов колбочек, имеющей вторичную, но временную дегенерацию палочковых фоторецепторов. Эти два мутанта ахроматопсии рыбок данио были первыми нарушениями зрения, связанными с конус-специфической дегенерацией, и помогли идентифицировать мутации PDE6c человека у пациентов [29, 30]. Эти находки показали, что подобно мутантам pde6c рыбок данио, колбочко-специфическая дегенерация также встречается у людей.

\ n

Созревание и функциональная целостность PDE6 зависит от белка-подобного 1, взаимодействующего с арилуглеводородным рецептором (AIPL1) [31].Мы сообщили о слепом мутанте aipl1 , у которого развилась дегенерация фоторецепторов колбочек, сопровождающаяся дегенерацией палочек только на ранней стадии развития [32]. Фенотипы сетчатки мутантов aipl1 очень похожи на фенотипы гипоморфных мутантов pde6c рыбок данио. Такие результаты не были удивительными, учитывая роль aipl1 в поддержке функций pde6c. Мы подтверждаем отсутствие белка pd6c у мутанта aipl1 . Неожиданно был затронут уровень гуанилатциклазы-3 (gc-3), другой важной молекулы фототрансдукции, специфичной для колбочек.На данный момент молекулярный механизм, лежащий в основе связывания поддержания Pde6 и Gc3 в фоторецепторах, остается неизвестным. gc3 мутанты были выделены с помощью OKR и OMR скрининга, и они демонстрируют ненормальное зрительное поведение, хотя их морфология сетчатки нормальна на личиночных стадиях [22]. Было бы интересно изучить мутанты gc3 и , чтобы выяснить взаимосвязь между pde6c и gc3.

\ n

Хотя мутанты, выделенные с помощью поведенческого скрининга OKR или OMR, оценивают функцию колбочек, некоторые мутанты также демонстрировали дегенерацию палочек.Поскольку OS палочки и колбочки фоторецепторов постоянно фагоцитируются покрывающим RPE, они должны активно обновляться за счет транспорта молекул из тела клетки в OS через соединяющиеся реснички. Это называется Intraflagellar Transport (IFT) [33]. Некоторые гены были идентифицированы как компоненты IFT, такие как ift52, ift57, ift80, ift88 и ift172 [23, 34]. У ift88 и мутантов рыбок данио реснички генерируются, но не поддерживаются, вызывая отсутствие OS фоторецепторов [35]. ift57, мутантных рыбок данио имели короткие OSs, тогда как у ift172 мутантов OS полностью отсутствовали при 5 dpf [23, 36].Дегенерация мутантных фоторецепторов частично вызвана эктопическим накоплением опсинов. Эти результаты иллюстрируют уникальный механизм IFT, который очень отличается от цитозольного транспорта и важен для формирования и поддержания OS.

\ n

Внутриклеточный везикулярный транспорт важен для цитозольного распределения и рециклинга молекул. β-SNAP взаимодействует с N-этилмалеимид-чувствительным фактором (NSF) для рециклирования рецептора SNAP (SNARE) путем разборки комплекса cis-SNARE, образовавшегося в процессе везикулярного слияния. β-SNAP - / - \ n представляет дегенерацию фоторецепторов, при которой фоторецепторы претерпевают апоптоз по Bh4-зависимому белку BNip1-зависимому механизму из-за неспособности разобрать SNARE. β-SNAP Мутант был первым мутантом рыбок данио, который связал дегенерацию фоторецепторов с дефектами везикулярного транспорта [37].

\ n

В отличие от мутантов по зрению, опосредованных световыми конусами, которых можно легко выделить с помощью поведенческих тестов с генетического скрининга, скрининг мутантных палочек намного более трудоемок и требует много времени.Скотопическое зрение необходимо оценивать при тусклом свете, а созревание палочек занимает до 3 недель после оплодотворения (wpf). Реакция бегства использовалась для скрининга взрослых самцов рыбок данио F1-поколения, получавших ENU, для поиска доминантных унаследованных мутантов сетчатки [24, 25, 38, 39]. Когда рыба плавает в круглом контейнере и находится под угрозой, она реагирует, отворачиваясь от угрозы. Лица, которые не смогли показать реакцию побега при тусклом освещении, были изолированы и назвали куриной слепотой - г .Наблюдался спектр фенотипов сетчатки, от дегенерации фоторецепторов в неоднородном массиве ( nba \ n \ n + / - ; nbe +/- \ n ), более тонких ОС или дегенерированных ОС ( nbc +/− \ n ; nbd \ n \ n + / - ; nbg \ n \ n + / - ), к отсутствию дегенерации фоторецепторов ( nbb \ n \ n + / - ). Гомозиготные мутантные эмбрионы поколения F3 в большинстве случаев погибали через несколько дней развития, что указывает на то, что эти мутации не являются фоторецептор-специфичными.

\ n \ n \ n
1.2.3 Технология редактирования генома CRISPR / Cas для получения мутантов по фоторецепторам
\ n

Прямые генетические скрининги оказались очень эффективными для выделения мутантов. Однако они не позволяют исследовать определенные гены или пути. Программируемые нуклеазы произвели революцию в генетике, позволив точным целевым модификациям генома производить мутанты. Существует несколько типов инструментов для редактирования генома, таких как нуклеазы цинковых пальцев (ZFN), эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции (TALEN), и системы с регулярными интервалами с короткими палиндромными повторами (CRISPR).Эти инструменты облегчили повсеместное редактирование ДНК у различных организмов, включая рыбок данио. Наиболее важными характеристиками являются высокая специфичность и эффективность, гибкий дизайн и простая методология. Фермент CRISPR / Cas отличается своей исключительной полезностью, основанной на взаимодействии РНК-ДНК, в то время как ZFN и TALEN распознают определенные последовательности ДНК через взаимодействия белок-ДНК. Любой исследователь с базовыми навыками в области молекулярной биологии может легко внедрить технологию CRISPR. CRISPR / Cas может нацеливаться практически на любой интересующий ген с помощью настраиваемого короткого руководства по РНК, чтобы произвести нокаут отдельных генов [40, 41].Для CRISPR требуются два ключевых компонента: нуклеаза, чаще всего Cas9, и sgRNA (однонаправленная РНК), которая направляет нуклеазу в определенное место ДНК (\ nРисунок 2 \ n) [42]. Просто сконструировав sgRNA, CRISPR можно нацелить на разные участки генома. Экспрессируя несколько sgRNA, система также обеспечивает возможность множественного редактирования генома с высокой эффективностью [43].

\ n \ n \ n
1.2.4 Гены, специфичные для фоторецепторов рыбок данио, отредактированные для моделирования патологий сетчатки человека
\ n

Технологии редактирования генома использовались у рыбок данио для исследований сетчатки.Несмотря на то, что создать нокауты довольно легко, создание нокаутов данио остается сложной задачей. Несколько мутантов с нокаутом фоторецепторов были обнаружены у рыбок данио, которые показали участие нескольких генов в развитии и выживании фоторецепторов. Мутации в более чем 50 генах, таких как RP2, были идентифицированы как причины пигментного ретинита. RP2 является белком-активатором GTPase для ARL3 и участвует в транспортировке белков ресничек. Fei Liu et al. сгенерировали нокаутную линию RP2 и рыбок данио с использованием технологии TALEN для понимания механизма дегенерации RP2 [44]. RP2 рыбок данио с нокаутом демонстрируют прогрессирующую дегенерацию сетчатки с дегенерацией ОС палочек, за которой следует дегенерация ОС колбочек. Нокдаун RP2 морфолино приводит к аномальной локализации в сетчатке GRK1 и субъединиц стержневого трансдуцина, GNAT1 и GNB1. Более того, на распределение фарнезилированных белков в сетчатке рыбок данио также влияет абляция RP2. В той же лаборатории было произведено cerkl рыбок данио с нокаутом, модель палочко-конической дистрофии [45]. Наблюдалась прогрессирующая дегенерация палочек и колбочек с накоплением сброшенных OS в матрице интерфоторецепторов, что указывает на то, что cerkl может регулировать фагоцитоз OS с помощью RPE.Кроме того, белок, связанный с фагоцитозом, MERTK, был значительно снижен у мутантов cerkl . Несмотря на ряд генов, которые участвуют в патогенезе пигментного ретинита, механизм заболевания остается неизвестным. Рыбки данио оказались полезными для моделирования этих глазных заболеваний.

\ n

Генез фоторецепторов требует точной регуляции компетентности клеток-предшественников, выхода из клеточного цикла и дифференцировки. Идентифицировано несколько факторов транскрипции, которые контролируют экспрессию специфичных для фоторецепторов генов.Основной фактор транскрипции спираль-петля-спираль NeuroD управляет генезом фоторецепторов, но путь передачи сигналов, посредством которого он функционирует, неизвестен. NeuroD был нокаутирован морфолино и нокаутирован CRISPR / Cas9 [46]. NeuroD индуцирует выход из клеточного цикла и созревание фоторецепторов посредством межклеточной передачи сигналов. Нокдаун NeuroD приводил к неспособности выйти из клеточного цикла, но не влиял на экспрессию маркеров клонов фоторецепторов, Nr2e3 и Crx. NeuroD увеличивал экспрессию гена Notch.Ингибирование Notch спасало выход из клеточного цикла, но не созревание фоторецепторов. Фактор транскрипции ядерного рецептора, Nr2e3, экспрессируется в фоторецепторах. Он образует комплекс с Crx, который усиливает экспрессию генов, специфичных для палочки, и подавляет экспрессию генов, специфичных для колбочек, в палочках [47]. Отредактированный CRISPR Nr2e3 животных с нокаутом демонстрировали предшественники палочек, претерпевающие терминальные митозы, но не могли дифференцироваться в палочек. Они не экспрессировали гены, специфичные для палочек, и ОС не развивается.Дифференциация конусов была нормальной; однако позже началась прогрессирующая дегенерация ОС двойных колбочек с уменьшением белков фототрансдукции. Nr2e3 действует синергетически с Crx и Nrl, усиливая экспрессию гена родопсина, не влияя на экспрессию опсина колбочек [47].

\ n

Большое количество генетических дефектов может нарушить морфологию ОС, нарушив функцию и жизнеспособность фоторецепторов. Члены семейства кинезинов и двигатели IFT важны для доставки белков к OS фоторецепторов [33].Edited-нокаутные мутанты osm-3 / kif17 и cos2 / kif7 имеют сравнимые задержки в развитии OS, хотя и с помощью разных механизмов [48]. Cos2 / kif7 мутантная дисфункция зависит от передачи сигналов Hedgehog, что приводит к генерализованной нефоторецепторной задержке нейрогенеза сетчатки, тогда как задержки морфогенеза ОС osm-3 / kif17 связаны с начальным морфогенезом фоторецепторов диска. Цилиарный белок C2orf71a / pcare1 экспрессируется почти исключительно в фоторецепторах и модулирует цилиарную мембрану посредством рекрутирования модуля сборки актина.Эмбрионы и сетчатка взрослых C2orf71a / pcare1 - / - \ n рыбок данио демонстрируют дезорганизацию OS фоторецепторов [49]. Этот мутант демонстрирует нарушение зрения, оцениваемое с помощью OKR и OMR у личинок. Отсутствие pcare1 у рыбок данио вызывает фенотип сетчатки, сходный с фенотипом у людей, и указывает на то, что функция гена pcare сохраняется у всех видов. При мутации, гомолог закрытого глаза (EYS), другой цилиарный белок, вызывает пигментный ретинит и дистрофию колбочек. Поскольку eys отсутствует в геномах нескольких грызунов, в том числе мышей, рыбки данио перспективны в качестве модели для пациентов с дефицитом EYS.Несколько групп создали нокаутную модель рыбок данио eys и с использованием технологий CRISPR / Cas9 и TALEN [50, 51, 52]. Эмбрионы и сетчатка взрослых показали дезорганизацию ОС фоторецепторов. eys - / - \ n рыбок данио продемонстрировали неправильную локализацию нескольких белков ОС, таких как родопсин, opn1lw, opn1sw1, GNB3 и PRPh3, а также нарушение актиновых филаментов в фоторецепторах [50, 51, 52]. Все эти новые мутанты рыбок данио представляют фенотипы, имитирующие клинические проявления пациентов, что указывает на полезность этих животных моделей для изучения этиологии этих ретинопатий.

\ n

Технологии редактирования генных мишеней позволяют получать палочко-специфические мутанты фоторецепторов, которые было сложно выделить с помощью поведенческого скрининга. Мутации в родопсине являются наиболее частой причиной пигментного ретинита у людей [53]. Мутация человеческого родопсина Q344X была экспрессирована в рыбках данио для изучения дегенерации фоторецепторов. Ранняя неправильная локализация hRho Q334X привела к апоптозу палочек, не влияя на выживаемость колбочек. Активация передачи сигналов фототрансдукции посредством трансдукции и аденилатциклазы увеличивает потерю фоторецепторов [54].Недавно мутации, индуцированные CRISPR / Cas9, были использованы для нацеливания на главный локус Rho рыбок данио, rh2–1, и было восстановлено несколько мутантов [55]. Эти мутанты характеризовались быстрой дегенерацией фоторецепторов палочек, но не колбочек. Эти новые линии предоставят крайне необходимые модели in vivo для изучения патологии пигментного ретинита.

\ n

Все эти примеры мутантов, полученных с помощью обратных генетических подходов, были использованы для определения ключевых молекулярных путей, необходимых для развития и функционирования фоторецепторов.Тем не менее, они обычно ограничены с точки зрения количества целей, которые могут быть оценены. Методы обратного генетического скрининга использовались с моделями беспозвоночных животных и системами клеточных культур для выявления генов и путей, участвующих в различных биологических процессах; однако их использование с in vivo модельными системами позвоночных было проблематичным [56]. Недавно несколько лабораторий рыбок данио показали возможность анализа мутагенеза на основе CRISPR / Cas для выделения большого количества мутантов, сфокусированных на синапсисе [56], морфогенезе и функции щитовидной железы [57], а также на пути анемии Фанкони, который участвует в геномной нестабильности. синдром, приводящий к апластической анемии [58].В одном исследовании был проведен скрининг 54 гена ресничек и выделено 8 мутантов, необходимых для развития сетчатки [59].

\ n

Таким образом, эти описания фенотипических моделей рыбок данио, выделенные из скринингов прямого мутагенеза и обратных генетических подходов, нацеленных на гены, важные в биологии сетчатки, показали, как можно продвинуть исследования дегенерации сетчатки с помощью исследований рыбок данио. Еще остается несколько неизвестных генов, связанных с дегенерацией сетчатки. Их возможное исследование обеспечит более глубокое понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе дегенерации и гибели фоторецепторов.

\ n \ n \ n

1.3 Терапевтические методы лечения дегенерации сетчатки у людей

\ n

Некоторые заболевания фоторецепторов, такие как пигментный ретинит, врожденный амавроз Лебера и дегенерация желтого пятна, вызывают гибель фоторецепторных клеток, что приводит к слепоте. Современные методы лечения таких заболеваний неэффективны; таким образом, применяется несколько различных стратегий их лечения. Нейропротективные подходы с лекарствами оценивались с разной степенью успеха. К ним относятся лечение аналогами цГМФ [60], блокаторы кальциевых каналов [61] и фактор жизнеспособности колбочек на основе палочек [62].Эти стратегии направлены на лечение пациентов на ранних стадиях дегенерации сетчатки, поскольку болезнь не может быть обращена вспять. С другой стороны, нейрозащитные стратегии не зависят от какой-либо конкретной мутации и могут обеспечить более длительное время для других методов лечения [63]. Генная терапия применялась для улучшения зрения у пациентов с LCA, вызванной мутациями в RPE65. В 2008 г. три группы сообщили об успешной доставке здорового гена RPE65 с использованием вектора AAV2 на сетчатку трех пациентов с LCA [64, 65, 66], но улучшение может не сохраняться [67].Внешние устройства использовались для электрической стимуляции нейронов внутренней части сетчатки. Невозможно достичь высокой остроты зрения, но возможно распознавание лиц и объектов, а также ориентация в неизвестной среде [63].

\ n

Наиболее перспективными методами лечения являются трансплантация и регенерация клеток на основе клеток Мюллера. Используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), можно создавать структуры, подобные глазным чашкам [68]. Эти наглазники представляют собой слоистую структуру, подобную сетчатке, с фоторецепторными клетками, которые содержат внешние сегменты, экспрессируют белки фототрансдукции и некоторый световой ответ [69].Когда фоторецепторы пересаживаются, им необходимо интегрироваться и установить синаптические связи с оставшейся сетчаткой. Эксперименты на животных показали, что немногие фоторецепторы интегрируются для функционального восстановления зрения [70, 71]. Неожиданно недавнее исследование продемонстрировало, что улучшение зрения происходит за счет обмена цитоплазматическим материалом (РНК и / или белками) между донорскими клетками и сетчаткой хозяина, а не за счет интеграции трансплантированных фоторецепторов [70, 72, 73], что делает неясным благодаря этому механизму достигается восстановление зрения.Целью регенерации является замена фоторецепторов за счет индукции эндогенных клеток-предшественников. К сожалению, нейроны центральной нервной системы млекопитающих не могут быть заменены. Напротив, низшие позвоночные, такие как рептилии, земноводные и рыбы, обладают способностью восстанавливать потерянные нейроны в головном, спинном мозге и органах чувств, таких как сетчатка и ухо [74]. Определение механизмов восстановления сетчатки у рыбок данио может дать ключ к регенеративной медицине.

\ n \ n
1.3.1 Реакция клеток Мюллера на повреждение сетчатки
\ n

В ответ на повреждение клетки Мюллера млекопитающих проявляют признаки реактивного глиотизма, характеризующиеся гипертрофией клеток и активацией глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) [75, 76 ].Первоначально этот реактивный глиоз является нейропротекторным, но в конечном итоге приводит к потере нейронов сетчатки и вызывает рубцевание. В отличие от млекопитающих сетчатка рыбок данио реагирует на повреждение нейронов пролиферацией мюллеровой глии, которая может заменять все типы нейронов, включая фоторецепторы. Мюллерова глия является основным типом глиальных клеток сетчатки и вносит вклад в структуру и гомеостаз сетчатки [77]. Ядра расположены во внутреннем ядерном слое, и эти клетки представляют собой апикальные и базальные выступы, которые проходят через сетчатку (\ nРисунок 1 \ n).Апикальные ножки образуют внешнюю ограничивающую перепонку. Мюллерова глия расположена так, что может контролировать всю сетчатку и вносить свой вклад в структуру и функцию сетчатки.

\ n

Когда происходит потеря нейронов, мюллерова глия реагирует дедифференцировкой, повторным входом в клеточный цикл и продуцированием клеток-предшественников нейронов (\ nРисунок 3 \ n). Эти предшественники увеличивают свое количество, а затем мигрируют в поврежденную область. Затем клетки-предшественники нейронов выходят из клеточного цикла и дифференцируются в замещающие нейроны.Все типы нейронов сетчатки могут быть произведены и заменены в поврежденной сетчатке рыбок данио для достижения морфологического и функционального восстановления сетчатки [78, 79, 80, 81]. Идентификация молекулярных сигналов и путей, которые управляют этой регенеративной реакцией, является основной задачей регенеративной медицины.

\ n
Рис. 3.

Дегенерация фоторецепторов вызывает регенеративный ответ, основанный на активности клеток Мюллера. (A) Потеря фоторецепторов и / или другие клетки производят стрессовые сигналы, такие как TNFα, факторы роста и т. Д.вызвать активацию клеток Мюллера. (B) Клетки Мюллера дедифференцируются на стволовые клетки и асимметрично делятся с образованием одного NPC и одной глиальной клетки Мюллера. Клетки Мюллера экспрессируют Ascl1 и Stat3. (C) NPC пролиферируют, увеличивая количество клеток-предшественников. (D) NPC выходят из клеточного цикла и дифференцируются в клетки линии фоторецепторов, чтобы обратить потерю этих нейронов. NPC: нейрональные пролиферативные клетки.

\ n \ n \ n
1.3.2 Положительная и отрицательная передача сигналов для модуляции пролиферации клеток Мюллера в регенеративном ответе
\ n

Понимание механизмов, с помощью которых рыбки данио могут регенерировать поврежденную сетчатку, может предоставить стратегии для стимуляции регенерации сетчатки у млекопитающих.Учитывая сходство анатомии, типов клеток и консервации генов костистых рыб и млекопитающих, регенеративный подход дает надежду на клиническое лечение. Оба вида представляют клетки Мюллера, которые являются основным типом клеток, ответственным за регенерацию.

\ n

Модели острых повреждений были полезны для анализа многих сигнальных путей, и был достигнут большой прогресс. Идентифицировано несколько секретируемых сигнальных молекул, которые участвуют в дедифференцировке и пролиферации Мюллеровской глии.К ним относятся TNFα [82], HB-EFG [83], Wnt [84], TFGb [85], инсулин и Fgf2 [86] (\ nРисунок 3 \ n). Кроме того, клетки Мюллера активируют различные факторы транскрипции и инициируют передачу сигналов, необходимых для дифференцировки и / или пролиферации, таких как Ascl1b [87], Stat3 [88, 89], Pax6 [90, 91], PCNA [90], Lin-28. [87]. Интересно, что до сих пор не подтверждено, что эти факторы транскрипции и сигнальные молекулы также экспрессируются и активируются у генетических мутантов с медленной дегенерацией.

\ n

Когда происходит реакция регенерации, около 50% клеток Мюллера дедифференцируются и пролиферируют в поврежденной области, в то время как другие клетки Мюллера остаются в виде дифференцированной глии.Let-7, Notch и Insm1a [87, 92, 93] участвуют в этой покоящейся популяции клеток Мюллера. Может быть важно, чтобы некоторые клетки Мюллера оставались неподвижными, чтобы избежать чрезмерного нейрогенеза и ремоделирования сетчатки, а также для поддержания гомеостаза здоровых нейронов.

\ n

Важные результаты были получены на неповрежденной сетчатке в отношении внешней доставки сигналов активации или факторов транскрипции, которые способны генерировать регенеративный ответ. Например, интравитреальное введение Tnfα взрослым рыбам вызывало умеренный пролиферативный ответ [82].Tnfα в сочетании с репрессирующим Notch (ингибитор γ-секретазы) посредством интравитреальной инъекции вызывал гораздо более сильный пролиферативный ответ [92]. Эти результаты предполагают, что определение ключевых молекул для регенеративного ответа и их модуляция может вызвать пролиферативный ответ клеток Мюллера.

\ n

Недавно были получены интересные результаты исследований на взрослых мышах [94]. Поврежденные NMDA сетчатки с повреждением внутренней части сетчатки обрабатывались ингибитором гистондеацетилазы и сверхэкспрессировали Ascl1.В этих условиях мюллерова глия была индуцирована продуцировать функциональные нейроны посредством механизма трансдифференцировки. Gnat1 rd17 Gnat2 cpfl3 \ n двойных мутантных мышей, модели врожденной слепоты, лечили переносом гена β-катенина и последующим переносом генов факторов транскрипции, необходимых для спецификации и определения судьбы палочковых клеток. Палочки, полученные из глии Мюллера, восстанавливали зрительные реакции [95].

\ n \ n \ n
1.3.3 Генетические мутантные модели для изучения механизмов регенерации
\ n

В большинстве современных исследований используются острые подходы к повреждению сетчатки у взрослых, такие как световое повреждение [79, 96], пункция сетчатки [80], химическая инъекция [81], или потеря специфических популяций клеток из-за активации токсичного трансгена (нитроредуктаза: NTR) [97, 98].Повреждение светом и токсичный трансген NTR вызывают гибель фоторецепторов, в то время как прокол сетчатки убивает определенные нейроны. В этих моделях на животных используются мощные и быстрые повреждения, напоминающие травмы у людей. Для моделирования наследственных заболеваний, связанных с дегенерацией фоторецепторов, необходимо использовать более совершенные модели.

\ n

Лишь в нескольких исследованиях использовались генетические мутанты фоторецепторов рыбок данио [32]. Iribarne et al. использовали мутанты, специфичные для колбочек или палочек, с очень быстрой потерей фоторецепторов, и наблюдали, что регенерация начинается уже через 1 wpf.Конус-специфическая регенерация мутантов основана на пролиферации клеток Мюллера, тогда как регенерация мутантов, специфичных к фоторецепторам палочек, основана на пролиферации палочек-предшественников [99]. Другой мутант колбочек, Aipl1 - / - , , который развивал более медленную и прогрессирующую дегенерацию, неожиданно не обнаруживал увеличения пролиферации клеток Мюллера или палочек-предшественников, даже несмотря на обнаружение гибели клеток [32]. В обоих исследованиях использовались личинки животных (1 и 2 wpf), и в них отсутствовала информация о более поздних стадиях и регенеративном ответе взрослых особей.Необходимо провести дальнейшие исследования во время развития и во взрослом возрасте, чтобы лучше понять реакцию клеток Мюллера на повреждение.

\ n

Интересно, что все эти модели повреждений вызвали реакцию клеток Мюллера, которая в целом была схожей. Однако некоторые молекулы показали индукцию, зависящую от повреждения. Hbegf был необходим для регенерации сетчатки после механического повреждения, но не был необходим для регенерации после повреждения фоторецепторов светом [82, 83]. Эти модели острых заболеваний у взрослых доказали свою эффективность в выявлении многих молекулярных сигналов, управляющих регенеративной реакцией.Однако для моделирования генетических заболеваний фоторецепторов человека, которые обычно развиваются от эмбриогенеза или детства до взрослого возраста и полностью дегенерируют, необходимо использовать более конкретную модель.

\ n \ n \ n
1.3.4 Скрининг системы CRISPR / Cas для выявления дефектных регенеративных процессов сетчатки
\ n

Высокая эффективность и возможности мультиплексирования CRISPR обеспечивают высокопроизводительный прямой скрининг функций «от генотипа к фенотипу» в различных модельные системы [43]. На данный момент несколько лабораторий по рыбкам данио использовали скрининг системы CRISPR / Cas (см. Раздел 2.2.4 в этой главе). Однако немногие скрининговые исследования были посвящены регенерации. Метод скрининга регенерации волосковых клеток выявил 7 генов, участвующих в этом ответе [100]. Для оценки генов, важных для регенерации сетчатки, был разработан крупномасштабный обратный генетический скрининг с применением стратегии множественного разрушения генов [101]. В этом скрининге использовался автоматический анализ, основанный на количественной оценке репортеров, для выявления фенотипов с дефицитом клеточной регенерации у трансгенных рыб. Были затронуты более 300 генов регенерации, и к настоящему времени получены данные из 120 целевых геномных сайтов.Этот скрининг продолжается, и мутанты с дефектом регенерации до сих пор не опубликованы. Будет интересно посмотреть, какие типы новых генов связаны с реакцией регенерации.

\ n \ n

Комплексное применение графена: акцент на биомедицинских проблемах

  • 1.

    Дж. Лю, Л. Цуй, Д. Лосич, Графен и оксид графена как новые наноносители для приложений доставки лекарств. Acta Biomater 9 (12), 9243–9257 (2013). https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.08.016

    Артикул Google Scholar

  • 2.

    A. Lerf, J. Buchsteiner, J. Pieper, S. Schöttl, I. Dekany, T. Szabo, H.P. Бем, Гидратация и динамика молекул воды в оксиде графита. J. Phys. Chem. Твердые тела 67 (5–6), 1106–1110 (2006). https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2006.01.031

    Артикул Google Scholar

  • 3.

    A. Buchsteiner, A.Лерф, Дж. Пипер, динамика воды в оксиде графита, исследованная с помощью рассеяния нейтронов. J. Phys. Chem. B 110 (45), 22328–22338 (2006). https://doi.org/10.1021/jp0641132

    Артикул Google Scholar

  • 4.

    К.П. Ло, К. Бао, Г. Эда, М. Чховалла, Оксид графена как химически настраиваемая платформа для оптических приложений. Nat. Chem. 2 (12), 1015–1024 (2010). https://doi.org/10.1038/nchem.907

    Артикул Google Scholar

  • 5.

    М. Кониос, М. Стилианакис, Э. Стратакис, Э. Кимакис, Дисперсионные свойства оксида графена и восстановленного оксида графена. J. Colloid Interface Sci. 430 , 108–112 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.05.033

    Артикул Google Scholar

  • 6.

    Станкович С.Д. Дикин, Р.Д.Пинер, К.А. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S.T. Нгуен, Р. Руофф, Синтез нанолистов на основе графена путем химического восстановления расслоенного оксида графита.Углерод 45 (7), 1558–1565 (2007). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2007.02.034

    Артикул Google Scholar

  • 7.

    Г. Ван, Дж. Ян, Дж. Парк, Х. Гоу, Б. Ван, Х. Лю, Дж. Яо, Простой синтез и определение характеристик графеновых нанолистов. J. Phys. Chem. С 112 (22), 8192–8195 (2008). https://doi.org/10.1021/jp710931h

    Артикул Google Scholar

  • 8.

    M.J. Fernández-Merino, L. Guardia, J.I. Паредес, С. Вильяр-Родиль, П. Солис-Фернандес, А. Мартинес-Алонсо, J.M.D. Таскон, витамин С, является идеальным заменителем гидразина при восстановлении суспензий оксида графена. J. Phys. Chem. С 114 (14), 6426–6432 (2010). https://doi.org/10.1021/jp100603h

    Артикул Google Scholar

  • 9.

    H.J. Shin, K.K. Сим, А. Бенаяд, С. Юн, Х.К. Парк и др., Эффективное восстановление оксида графита борогидридом натрия и его влияние на электрическую проводимость.Adv. Funct. Матер. 19 (12), 1987–1992 (2009). https://doi.org/10.1002/adfm.200

    7

    Артикул Google Scholar

  • 10.

    X. Fan, W. Peng, Y. Li, X. Li, S. Wang, G. Zhang, F. Zhang, Деоксигенация расслоенного оксида графита в щелочных условиях: зеленый путь к получению графена. Adv. Матер. 20 (23), 4490–4493 (2008). https://doi.org/10.1002/adma.200801306

    Артикул Google Scholar

  • 11.

    л.с. Бём, А. Клаус, Г.О. Фишер, U.Z. Хофманн, Адсорбционное поведение очень тонких углеродных пленок. Анорг. Allg. Chem. 316 , 119–127 (1962). https://doi.org/10.1002/zaac.19623160303

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    К.С. Новоселов, А. Гейм, С.В. Морозов, Д. Цзян, Ю. Чжан, С.В. Дубонос, И. Григорьева, А.А. Фирсов, Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках. Наука 306 (5696), 666–669 (2004).https://doi.org/10.1126/science.1102896

    Артикул Google Scholar

  • 13.

    W.S. Хаммерс, Р. Оффеман, Получение оксида графита. Варенье. Chem. Soc. 80 (6), 1339 (1958). https://doi.org/10.1021/ja01539a017

    Артикул Google Scholar

  • 14.

    K.R. Кох, Окисление с помощью Mn207: впечатляющая демонстрация мощных окислительных свойств гептоксида диманганца.J. Chem. Educ. 59 (11), 973 (1982). https://doi.org/10.1021/ed059p973.3

    Артикул Google Scholar

  • 15.

    до н.э. Броди, Об атомной массе графита. Proc. R. Soc. Лондон. 10 , 11–12 (1859)

    Google Scholar

  • 16.

    Кампарс В., Легздина М. Термическое обескислороживание оксида графита при низкой температуре. IOP Conf. Сер. Матер. Sci.Англ. 77 , 012033 (2015). https://doi.org/10.1088/1757-899X/77/1/012033

    Артикул Google Scholar

  • 17.

    D.C. Marcano, D.V. Косынкин, Я.М. Берлин, А. Синицкий, З. Сунь, А. Слесарев, Л.Б. Алемани, В. Лу, Дж. М. Тур, Улучшенный синтез оксида графена. ACS Nano 4 (8), 4806–4814 (2010). https://doi.org/10.1021/nn1006368

    Артикул Google Scholar

  • 18.

    D.R. Драйер, С. Парк, К.В. Белявски, Р.С. Руофф, Химия оксида графена. Chem. Soc. Ред. 39 (1), 228–240 (2010). https://doi.org/10.1039/B

  • 3G

    Артикул Google Scholar

  • 19.

    M.S. Хан, А. Шакур, Г. Хан, С. Султана, А. Зия, Исследование стабильных дисперсий оксида графена в различных растворителях. J. Chem. Soc. Пак. 37 (01), 62–67 (2015)

    Google Scholar

  • 20.

    Дж. Паредес, С. Вильяр-Родил, А. Мартинес-Алонсо, Дж. Таскон, Дисперсии оксида графена в органических растворителях. Ленгмюр 24 (19), 10560–10564 (2008). https://doi.org/10.1021/la801744a

    Артикул Google Scholar

  • 21.

    T.Y. Чжан, Д. Чжан, Водные коллоиды нанолистов из оксида графена путем отслаивания оксида графита без обработки ультразвуком. Бык. Матер. Sci. 34 (1), 25–28 (2011). https: // doi.org / 10.1007 / s12034-011-0048-x

    Артикул Google Scholar

  • 22.

    G. Gonçalves, M. Vila, I. Bdikin, A. de Andrés, N. Emami, R.A. Феррейра, Л. Карлос, Х. Грасио, П.А. Маркес, Распад оксида графена на наномасштабы: атомное восстановление и фрагментация в ограниченных горячих точках. Sci. Отчет 4 , 6735 (2014). https://doi.org/10.1038/srep06735

    Артикул Google Scholar

  • 23.

    Z.S. Ву, В. Рен, Л. Аго, Б. Лю, К. Цзян, Х.М. Ченг, Синтез высококачественного графена с заданным числом слоев. Углерод 47 (2), 493–499 (2009). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.10.031

    Артикул Google Scholar

  • 24.

    М. Макаллистер, Дж. Ли, Д. Адамсон, Х. Шнипп, Х. Абдала и др. Однослойный функционализированный графен в результате окисления и теплового расширения графита. Chem. Матер. 19 (18), 4396–4404 (2007).https://doi.org/10.1021/cm0630800

    Артикул Google Scholar

  • 25.

    М. Чжоу, Ю. Ван, Ю. Чжай, Дж. Чжай, В. Рен, Ф. Ван, С. Донг, Контролируемый синтез пленок электрохимически восстановленного оксида графена с большой площадью и структурированного рисунка. Химия, 15, (25), 6116–6120 (2009). https://doi.org/10.1002/chem.200

    6

    Артикул Google Scholar

  • 26.

    А.Кумар, Ч. Ли, в Advances in Graphene Science , ed. М. Алиофхазраи (InTech, Хорватия, 2013 г.), стр. 55–75

  • 27.

    Дж. Гао, Ф. Луи, Ю. Луи, Н. Ма, З. Ван, Х. Чжан, Экологичность метод производства графена с использованием витамина С и аминокислоты. Chem. Матер. 22 (7), 2213–2218 (2010). https://doi.org/10.1021/cm

    5j

    Артикул Google Scholar

  • 28.

    Ахаван О., М.Калаи, З.С. Алави, С.М.А. Ghiasi, A. Esfandiar, Повышение антиоксидантной активности полифенолов зеленого чая в присутствии железа для восстановления оксида графена. Углерод 50 (8), 3015–3025 (2012). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.02.087

    Артикул Google Scholar

  • 29.

    Ю. Ван, З. Ши, Дж. Инь, Легкий синтез растворимого графена посредством зеленого восстановления оксида графена в чайном растворе и его биокомпозитах.ACS Appl. Матер. Интерфейс 3 (4), 1127–1133 (2011). https://doi.org/10.1021/am1012613

    Артикул Google Scholar

  • 30.

    А. Эсфандиар, О. Ахаван, А. Ираджизад, Мелатонин как мощный биоантиоксидант для восстановления оксида графена. J. Mater. Chem. 21 (29), 10907–10914 (2011). https://doi.org/10.1039/c1jm10151j

    Артикул Google Scholar

  • 31.

    О. Ахаван, Э. Гадери, С. Агайи, Ю. Ферейдони, А. Талеби, Использование суспензии оксида графена с пониженным содержанием глюкозы в фототермической терапии рака. J. Mater. Chem. 22 (27), 13773–13781 (2012). https://doi.org/10.1039/c2jm31396k

    Артикул Google Scholar

  • 32.

    К. Чжу, С. Го, Ю. Фанг, С. Донг, Восстановление сахара: новые функциональные молекулы для зеленого синтеза графеновых нанолистов. АСУ Нано 4 (4), 2429–2437 (2010).https://doi.org/10.1021/nn1002387

    Артикул Google Scholar

  • 33.

    Дж. Лю, С. Фу, Б. Юань, Ю. Ли, З. Дэн, На пути к универсальному «адгезивному нанолисту» для сборки множества наночастиц на основе индуцированного белком восстановления / декорирования графена окись. Варенье. Chem. Soc. 132 (21), 7279–7281 (2010). https://doi.org/10.1021/ja100938r

    Артикул Google Scholar

  • 34.

    E.C. Салас, З. Сан, А. Латтге, Дж. М. Тур, Восстановление оксида графена посредством бактериального дыхания. ACS Nano 4 (8), 4852–4856 (2010). https://doi.org/10.1021/nn101081t

    Артикул Google Scholar

  • 35.

    С. Такур, Н. Карак, Зеленое восстановление оксида графена водными фитоэкстрактами. Углерод 50 (14), 5331–5339 (2012). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.07.023

    Артикул Google Scholar

  • 36.

    Ю. Хонг, З. Ван, X. Цзинь, Оксид графита, интеркалированный серной кислотой, для получения графена. Sci. Отчет 3 (1), 3439 (2013). https://doi.org/10.1038/srep03439

    Артикул Google Scholar

  • 37.

    О. Янковский, П. Марван, М. Новачек, Й. Люкса, В. Мазанек, К. Климова, Д. Седмидубский, З. Софер, Метод синтеза и тип оксида графита сильно влияют на получаемые свойства графена . Прил. Матер. Сегодня 4 , 45–53 (2016).https://doi.org/10.1016/j.apmt.2016.06.001

    Артикул Google Scholar

  • 38.

    Т.Д. Дао, Х.М. Джеонг, Графен, полученный термическим восстановлением – расслоением оксида графита: влияние размера частиц необработанного графита на свойства оксида графита и графена. Матер. Res. Бык. 70 , 651–657 (2015). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.05.038

    Артикул Google Scholar

  • 39.

    C.H.A. Вонг, О. Янковский, З. Софер, М. Пумера, Восстановление / расслоение оксида графита при помощи микроволнового излучения и влияние прекурсора оксида графита. Углерод 77 , 508–517 (2014). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2014.05.056

    Артикул Google Scholar

  • 40.

    Z. Lin, Y. Yao, Z. Li, Y. Liu, Z. Li, C.P. Вонг, Термическое восстановление оксида графита с помощью растворителя. J. Phys. Chem. С 114 (35), 14819–14825 (2010).https://doi.org/10.1021/jp1049843

    Артикул Google Scholar

  • 41.

    Б. Юань, К. Бао, X. Цянь, П. Вэнь, В. Син, Л. Сун, Ю. Ху, Простой подход к получению графена путем сольвотермического восстановления оксида графита. Матер. Res. Бык. 55 , 48–52 (2014). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.04.016

    Артикул Google Scholar

  • 42.

    D.Р. Драйер, С. Мурали, Ю. Чжу, Р.С. Руофф, C.W. Bielawski, Восстановление оксида графита с использованием спиртов. J. Mater. Chem. 21 (10), 3443–3447 (2011). https://doi.org/10.1039/C0JM02704A

    Артикул Google Scholar

  • 43.

    К. Цай, Н. Санг, З. Шен, X. Чжао, Простое и контролируемое по размеру приготовление нанолистов из оксида графена с использованием метода высокого сдвига и ультразвукового метода. J. Exp. Nanosci. 12 (1), 247–262 (2017).https://doi.org/10.1080/17458080.2017.1303853

    Артикул Google Scholar

  • 44.

    Н. Бломквист, А.С. Энгстром, М. Хаммельгард, Б. Андрес, С. Фросберг, Х. Олин, Крупномасштабное производство нанографита путем отшелушивания трубчатым сдвигом в воде. PLoS ONE 11 (4), e0154686 (2016). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154686

    Артикул Google Scholar

  • 45.

    X. Сан, З. Лю, К. Велшер, Дж. Робинсон, А. Гудвин, С. Зарич, Х. Дай, Оксид нанографена для визуализации клеток и доставки лекарств. Nano Res. 1 (3), 203–212 (2008). https://doi.org/10.1007/s12274-008-8021-8

    Артикул Google Scholar

  • 46.

    Z. Liu, J.T. Робинсон, X.M. Сан, Х. Дай, ПЭГилированный оксид нанографена для доставки нерастворимых в воде лекарств от рака. Варенье. Chem. Soc. 130 (33), 10876–10877 (2008).https://doi.org/10.1021/ja803688x

    Артикул Google Scholar

  • 47.

    X. Yang, X. Zhang, Z. Liu, Y. Ma, Y. Huang, Y. Chen, Высокоэффективная загрузка и контролируемое высвобождение гидрохлорида доксорубицина на оксид графена. J. Phys. Chem. С 112 (45), 17554–17558 (2008). https://doi.org/10.1021/jp806751k

    Артикул Google Scholar

  • 48.

    С.С. Ван, Дж. Я. Ли, К. Аматоре, Ю. Чен, Х. Цзян, X.M. Ван, Золотые нанокластеры и графеновые нанокомпозиты для доставки лекарств и визуализации раковых клеток. Энгью. Chem. Int. Эд. 50 (49), 11644–11648 (2011). https://doi.org/10.1002/anie.201105573

    Артикул Google Scholar

  • 49.

    M. de Sousa, L.A. Visani de Luna, L. Fonseca, S. Giorgio, O.L. Алвес, Функционализированный фолиевой кислотой наноноситель оксида графена: синтетические подходы, характеристика, исследование доставки лекарств и противоопухолевый скрининг.ACS Appl. Nano Mater. 1 (2), 922–932 (2018). https://doi.org/10.1021/acsanm.7b00324

    Артикул Google Scholar

  • 50.

    Б. Сайфуллах, К. Бускаран, Р. Б. Шейх, Ф. Барахуи, С. Факурази, М. А. Мохд Моклас, М. З. Хусейн, Нанокомпозитный препарат оксид графена – ПЭГ – протокатеховая кислота с улучшенными противораковыми свойствами. Наноматериалы 8 (10), 8100820 (2018). https://doi.org/10.3390/nano8100820

    Артикул Google Scholar

  • 51.

    Л.М. Чжан, Дж. Ся, К. Чжао, Л. Лю, З. Чжан, Функциональный оксид графена как наноноситель для контролируемой нагрузки и целевой доставки смешанных противоопухолевых препаратов. Маленький 6 (4), 537–544 (2010). https://doi.org/10.1002/smll.2000

    Артикул Google Scholar

  • 52.

    Y. Tang, H. Hu, M.G. Чжан, Дж. Сонг, Л. Ни и др., Светочувствительная система доставки лекарств, нацеленная на аптамер, с использованием мезопористых наночастиц диоксида кремния, покрытых оксидом графена, обернутых «выключенными».Наноразмер 7 (14), 6304–6310 (2015). https://doi.org/10.1039/C4NR07493A

    Артикул Google Scholar

  • 53.

    L.Z. Фэн, С. Чжан, З. Лю, Трансфекция генов на основе графена. Наномасштаб 3 (3), 1252–1257 (2011). https://doi.org/10.1039/c0nr00680g

    Артикул Google Scholar

  • 54.

    L. Zhang, Z. Lu, Q. Zhao, J. Huang, H. Shen, Z. Zhang, Повышенная эффективность химиотерапии путем последовательной доставки миРНК и противоопухолевых препаратов с использованием PEI-привитого оксида графена.Small 7 (4), 460–464 (2011). https://doi.org/10.1002/smll.201001522

    Артикул Google Scholar

  • 55.

    К. Ян, Л. Фэн, X. Ши, З. Лю, Нанографен в биомедицине: тераностические приложения. Chem. Soc. Ред. 42 (2), 530–547 (2013). https://doi.org/10.1039/C2CS35342C

    Артикул Google Scholar

  • 56.

    А. Пол, А. Хасан, Х.А. Кинди, А.К. Гахарвар, В. Рао и др., Инъекционная система доставки ангиогенного гена на основе оксида графена / гидрогеля для васкулогенеза и восстановления сердца. АСУ Нано 8 (8), 8050–8062 (2014). https://doi.org/10.1021/nn5020787

    Артикул Google Scholar

  • 57.

    W.G. La, M. Jin, S. Park, H.H. Yoon, G.J. Jeong, S.H. Бханг, Х. Парк, К. Чар, Б.С. Ким, Доставка костного морфогенетического белка-2 и вещества P с использованием оксида графена для регенерации кости.Int. J. Nanomedicine 9 (1), 107–116 (2014). https://doi.org/10.2147/IJN.S50742

    Артикул Google Scholar

  • 58.

    Ф. Эмади, А. Амини, А. Голами, Ю. Гасеми, Функционализированный оксид графена с хитозаном для белковых наноносителей для защиты от ферментативного расщепления и сохранения активности коллагеназы. Sci. Отчет 10 (7), 42258 (2017). https://doi.org/10.1038/srep42258

    Артикул Google Scholar

  • 59.

    Ю. Лю, Ю. Ци, К. Инь, С. Ван, С. Чжан, А. Сюй, В. Чен, С. Лю, Биотрансформация оксида графена в жидкостях легких значительно повышает его фототермическую эффективность. Нанотераностика 2 (3), 222–232 (2018). https://doi.org/10.7150/ntno.25719

    Артикул Google Scholar

  • 60.

    A.M. Ястшембская, П. Куртыч, А. Ольшина, Последние достижения в исследованиях токсичности материалов семейства графена. J. Nanopart. Res. 14 (12), 1320 (2012). https://doi.org/10.1007/s11051-012-1320-8

    Артикул Google Scholar

  • 61.

    K. Yang, S. Zhang, G. Zhang, X. Sun, S.T. Ли, З. Лю, Графен у мышей: сверхвысокое поглощение опухолью in vivo и эффективная фототермическая терапия. Nano Lett. 10 (9), 3318–3323 (2010). https://doi.org/10.1021/nl100996u

    Артикул Google Scholar

  • 62.

    X. Shi, H. Gong, Y. Li, C. Wang, L. Cheng, Z. Liu, Магнитный плазмонный нанокомпозит на основе графена для двойной биовизуализации и фототермической терапии. Биоматериалы 34 (20), 4786–4793 (2013). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.03.023

    Артикул Google Scholar

  • 63.

    J.L. Li, X.L. Hou, H.C. Бао, Л. Сунь, Б. Тан, Дж. Ф. Ван, X.G. Ван, М. Гу, Наночастицы оксида графена для улучшенной фототермической терапии раковых клеток под действием фемтосекундного лазерного луча.J. Biomed. Матер. Res. А 102 (7), 2181–2188 (2014). https://doi.org/10.1002/jbm.a.34871

    Артикул Google Scholar

  • 64.

    X. Zhang, X. Nan, W. Shi, Y. Sun, H. Su, Y. He, X. Liu, Z. Zhang, D. Ge, Полидофамин-функционализированный оксид нанографена: универсальный наноноситель для химиотерапии и фототермической терапии. Нанотехнологии 28 (29), 295102 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa761b

    Артикул Google Scholar

  • 65.

    Ю.А. Cheon, J.H. Бэ, Б. Чанг, Нанолист восстановленного оксида графена для химиофотермической терапии. Ленгмюр 32 (11), 2731–2736 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b00315

    Артикул Google Scholar

  • 66.

    П. Хуанг, К. Сюй, Дж. Линь, К. Ван, Х. Ван, К. Чжан, X. Чжоу, С. Го, Д. Цуй, Оксид графена, сопряженный с фолиевой кислотой, загруженный фотосенсибилизаторы для направленной фотодинамической терапии. Тераностика 1 , 240–250 (2011).https://doi.org/10.7150/thno/v01p0240

    Артикул Google Scholar

  • 67.

    С. Су, Дж. Ван, Дж. Вей, Р. Мартинес-Загуилан, Дж. Цю, С. Ван, Эффективная фототермическая терапия рака головного мозга с помощью функционализированного порфирином оксида графена. New J. Chem. 39 (7), 5743–5749 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NJ00122F

    Артикул Google Scholar

  • 68.

    П.Ронг, К. Ян, А. Шривастан, Д.О. Кизеветтер, X. Юэ и др., Нанографен, нагруженный фотосенсибилизатором, для фотодинамической терапии опухолей под контролем мультимодальной визуализации. Тераностика 4 (3), 229–239 (2014). https://doi.org/10.7150/thno.8070

    Артикул Google Scholar

  • 69.

    Y.W. Чен, Ю. Су, С. Ху, С.Ю. Чен, Функционализированные нанокомпозиты графена для повышения эффективности фототермической терапии при лечении опухолей. Adv. Препарат Делив.Ред. 105 (Pt B), 190–204 (2016). https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.05.022

    Артикул Google Scholar

  • 70.

    I. Ocsoy, N. Isiklan, S. Cansiz, N. Ozdemir, W. Tan, ICG-сопряженный магнитный оксид графена для двойной фототермической и фотодинамической терапии. RSC Adv. 6 (36), 30285–30292 (2016). https://doi.org/10.1039/C6RA06798K

    Артикул Google Scholar

  • 71.

    M.S.C. душ Сантуш, А.Л. Гувеа, Л.Д. де Моура, Л. Патерно, P.E.N. de Souza et al., Нанографен оксид-метиленовый синий как платформа фототерапии для удаления опухоли груди и предотвращения метастазов на сингенной ортотопической модели на мышах. Ж. Нанобиотехнология 16 (9), 29382332 (2018). https://doi.org/10.1186/s12951-018-0333-6

    Артикул Google Scholar

  • 72.

    Q. Li, L. Hong, H. Li, C. Liu, гибрид оксида графена и фуллерена C60 (GO-C60) для фотодинамической и фототермической терапии, запускаемой ближним инфракрасным светом.Биосенс. Биоэлектрон. 89 (1), 477–482 (2017). https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.03.072

    Артикул Google Scholar

  • 73.

    D.Y. Чжан, Ю. Чжан, К. Тан, Дж. Сунь, В. Чжан, Л. Джи, З.У. Мао, оксид графена, декорированный комплексом Ru (II) –полиэтиленгликоль для визуализации, направленной на лизосомы, и фотодинамической / фототермической терапии. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9 (8), 6761–6771 (2017). https://doi.org/10.1021 / acsami.6b13808

    Артикул Google Scholar

  • 74.

    J.H. Лим, Д. Ким, Э.Дж. Ким, C.D. Арберг, Б. Чанг, Функциональные нанолисты на основе оксида графена для фототермической терапии. Макромол. Res. 26 (6), 557–565 (2018). https://doi.org/10.1007/s13233-018-6067-3

    Артикул Google Scholar

  • 75.

    Y. Jang, S. Kim, S. Lee, C.M. Юн, И. Ли, Дж.Янг, оксид графена обернул полые наночастицы SiO2 / TiO2, загруженные фотосенсибилизатором для фототермической и фотодинамической комбинированной терапии. Chem. Евро. J. 23 , 3719–3727 (2017). https://doi.org/10.1002/chem.201605112

    Артикул Google Scholar

  • 76.

    A. Gulzar, J. Xu, D. Yang, L. Xu, F. He, S. Gai, P. Yang, нанокомпозиты, ковалентно сконструированные из оксида графена-UCNP-Ce6 для NIR-опосредованной биовизуализации и комбинаторная терапия PTT / PDT.Dalton Trans. 47 (11), 3931–3939 (2018). https://doi.org/10.1039/C7DT04141A

    Артикул Google Scholar

  • 77.

    X. Yan, G. Niu, J. Lin, A.J. Джин, Х. Ху и др., Фотодинамическая терапия с использованием синопорфирина натрия, нагруженного оксидом графена, под контролем улучшенной флуоресцентной визуализации. Биоматериалы 42 , 94–102 (2015). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.11.040

    Артикул Google Scholar

  • 78.

    П. Хуанг, С. Ван, X. Ван, Г. Шен, Дж. Лин и др., Функционализация поверхности химически восстановленного оксида графена для целевой фотодинамической терапии. J. Biomed. Nanotechnol. 11 (1), 117–125 (2015). https://doi.org/10.1166/jbn.2015.2055

    Артикул Google Scholar

  • 79.

    Ю. Вэй, Ф. Чжоу, Д. Чжан, К. Чен, Д. Син, «Умная» система доставки лекарств на основе оксида графена для фотодинамической терапии, направленной на митохондрии опухоли.Наномасштаб 8 (6), 3530–3538 (2016). https://doi.org/10.1039/C5NR07785K

    Артикул Google Scholar

  • 80.

    Л. Хоу, Ю. Ши, Г. Цзян, В. Лю, Х. Хан и др., Умные нанокомпозитные гидрогели на основе азосшитого оксида графена для пероральной доставки лекарств в толстую кишку. Нанотехнологии 27 (31), 315105 (2016). https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/31/315105

    Артикул Google Scholar

  • 81.

    Z. Xu, S. Wang, Y. Li, M. Wang, P. Shi, X. Huang, Ковалентная функционализация оксида графена биосовместимым поли (этиленгликолем) для доставки паклитаксела. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 6 (19), 17268–17276 (2014). https://doi.org/10.1021/am505308f

    Артикул Google Scholar

  • 82.

    Х. Ху, Дж. Ю, Й. Ли, Дж. Чжао, Х. Донг, Разработка нового наногибрида плюроника F127 / графена для доставки лекарств в зависимости от pH.J. Biomed. Матер. Res. А 100 (1), 141–148 (2012). https://doi.org/10.1002/jbm.a.33252

    Артикул Google Scholar

  • 83.

    Х. Бао, Я. Пань, Я. Пинг, Н.Г. Саху, Т. Ву, Л. Ли, Дж. Ли, Л. Х. Ган, Оксид графена, функционализированный хитозаном, как наноноситель для доставки лекарств и генов. Small 7 (11), 1569–1578 (2011). https://doi.org/10.1002/smll.201100191

    Артикул Google Scholar

  • 84.

    М. Алиболанди, М. Мохаммади, С.М. Taghdisi, M. Ramezani, K. Abnous, Изготовление декстранового декстранового оксида с нанесенным покрытием для направленной доставки лекарств. Углеводы. Polym. 155 , 218–229 (2017). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.08.046

    Артикул Google Scholar

  • 85.

    К. Ван, Дж. Ли, К. Аматоре, Ю. Чен, Х. Цзян, X.M. Ван, Золотые нанокластеры и графеновые нанокомпозиты для доставки лекарств и визуализации раковых клеток.Энгью. Chem. Int. Эд. 50 (49), 11644–11648 (2011). https://doi.org/10.1002/anie.201105573

    Артикул Google Scholar

  • 86.

    X. Wang, X. Sun, J. Lao, H. He, T. Cheng, M. Wang, S. Wang, F. Huang, Многофункциональные графеновые квантовые точки для одновременной целевой визуализации клеток и доставки лекарств. . Colloids Surf. В 122 , 638–644 (2014). https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2014.07.043

    Артикул Google Scholar

  • 87.

    Г. Рассел-Джонс, К. Мактавиш, Дж. МакЭван, Дж. Райс, Д. Новотник, Витаминно-опосредованное нацеливание как потенциальный механизм увеличения поглощения лекарств опухолями. J. Inorg. Biochem. 98 (10), 1625–1633 (2004). https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2004.07.009

    Артикул Google Scholar

  • 88.

    N.R. Ko, M. Nafiujjaman, J.S. Ли, Х.Н. Лим, Ю.К. Ли, И. Квон, тераностические агенты на основе графеновых квантовых точек для активного нацеливания на рак груди.RSC Adv. 7 (19), 11420–11427 (2017). https://doi.org/10.1039/C6RA25949A

    Артикул Google Scholar

  • 89.

    А. Джафаризад, А. Аганежад, М. Севим, Ö. Метин, Дж. Барар, Ю. Омиди, Д. Экинчи, Золотые наночастицы и восстановленные композитные материалы оксид графена-наночастицы золота как ковалентные системы доставки лекарств для лечения рака молочной железы. Chem. Sel. 2 (23), 6663–6672 (2017). https://doi.org/10.1002/slct.201701178

    Артикул Google Scholar

  • 90.

    S.J. Чжэнь, Т.Т. Ван, Ю.Х. Лю, З.Л. Ву, Х. Zou, C.Z. Хуанг, Наночастицы Cu 2-x Se, покрытые восстановленным оксидом графена, для направленной химиофотермической терапии. J. Photochem. Photobiol., B 180 , 9–16 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.01.020

    Артикул Google Scholar

  • 91.

    Ю. Ху, Д. Сан, Дж. Дин, Л. Чен, X. Чен, Декорированный восстановленный оксид графена для фотохимиотерапии. J. Mater. Chem. В 4 , 929–937 (2016). https://doi.org/10.1039/C5TB02359A

    Артикул Google Scholar

  • 92.

    G. Shim, J.Y. Ким, Дж. Хан, С.В. Чунг, С. Ли, Ю. Бьюн, Ю.К. О, нанолисты восстановленного оксида графена, покрытые антиангиогенным противораковым производным низкомолекулярного гепарина для доставки противоопухолевых препаратов.J. Control. Выпуск 189 , 80–89 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2014.06.026

    Артикул Google Scholar

  • 93.

    W. Miao, G. Shim, S. Lee, Y.S. Чой, Ю. О, безопасность и накопление в опухолевой ткани нанолистов пегилированного оксида графена для совместной доставки противоопухолевого препарата и фотосенсибилизатора. Биоматериалы 34 (13), 3402–3410 (2013). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.01.010

    Артикул Google Scholar

  • 94.

    Y.J. Choi, S. Gurunathan, J.H. Ким, Нанокомпозит оксид графена-серебро усиливает цитотоксический и апоптотический потенциал салиномицина в стволовых клетках рака яичников человека (OvCSC): новый подход к терапии рака. Int. J. Mol. Sci. 19 (3), 710 (2018). https://doi.org/10.3390/ijms110

    Артикул Google Scholar

  • 95.

    Х. Шен, Л. Чжан, М. Лю, З. Чжан, Биомедицинские применения графена. Тераностика 2 (3), 283–294 (2012).https://doi.org/10.7150/thno.3642

    Артикул Google Scholar

  • 96.

    O.S. Квон, С.Дж. Парк, Дж. Хонг, А. Хан, Дж. Ли, Дж. Ли, Дж. О, Дж. Джанг, Гибкий аптасенсор VEGF типа полевых транзисторов на основе легированного азотом графена, преобразованного из проводящего полимера. АСУ Нано 6 (2), 1486–1493 (2012). https://doi.org/10.1021/nn204395n

    Артикул Google Scholar

  • 97.

    П. Суварнафает, С. Печпрасарн, Материалы на основе графена для биосенсоров: обзор. Датчики (Базель) 17 (10), 2161 (2017). https://doi.org/10.3390/s17102161

    Артикул Google Scholar

  • 98.

    Л. Х. Гесс, М. Янсен, В. Мэйбек, М. В. Hauf, M. Seifert, M. Stutzmann, I.D. Шарп, А. Оффенхауссер, Дж. Гарридо, Матрицы графеновых транзисторов для регистрации потенциалов действия от электрогенных клеток. Adv. Матер. 23 , 5045–5049 (2011).https://doi.org/10.1002/adma.201102990

    Артикул Google Scholar

  • 99.

    C. Chung, Y.K. Ким, Д. Шин, С. Ryoo, B.H. Хонг, Д. Х. Мин, Биомедицинские применения графена и оксида графена. В соотв. Chem. Res. 46 (10), 2211–2224 (2013). https://doi.org/10.1021/ar300159f

    Артикул Google Scholar

  • 100.

    Y. Huang, X. Dong, Y. Liu, L.J.Ли, П. Чен, Биосенсоры на основе графена для обнаружения бактерий и их метаболической активности. J. Mater. Chem. 21 (33), 12358–12362 (2011). https://doi.org/10.1039/c1jm11436k

    Артикул Google Scholar

  • 101.

    Ф. Ку, Т. Ли, М. Ян, Колориметрическая платформа для визуального обнаружения биомаркера рака на основе внутренней пероксидазной активности оксида графена. Биосенс. Биоэлектрон. 26 (9), 3927–3931 (2011).https://doi.org/10.1016/j.bios.2011.03.013

    Артикул Google Scholar

  • 102.

    S.K. Лим, П. Чен, Ф. Ли, С. Мочхала, Б. Лидберг, Собранный пептидом оксид графена как флуоресцентный датчик включения для обнаружения липополисахаридов (эндотоксинов). Анальный. Chem. 87 (18), 9408–9412 (2015). https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b02270

    Артикул Google Scholar

  • 103.

    L. Bai, Y. Chai, X. Pu, R. Yuan, Электрохимический аптасенсор с включенным сигналом для сверхчувствительного обнаружения эндотоксина с использованием ферментативного рециклинга трехкомпонентного соединения ДНК и наногибрида графена для амплификации. Наномасштаб 6 (5), 2902–2908 (2014). https://doi.org/10.1039/c3nr05930h

    Артикул Google Scholar

  • 104.

    Б. Хурадо-Сначес, М. Пачеко, Дж. Рохо, А. Эскарпа, Магнитокаталитические графеновые квантовые точки Микромоторы Janus для обнаружения бактериального эндотоксина.Энгью. Chem. Int. Эд. 129 (24), 7061–7065 (2017). https://doi.org/10.1002/ange.201701396

    Артикул Google Scholar

  • 105.

    S.J. Ченг, Х. Чиу, П. Кумар, К. Hsieh, J.W. Ян, Ю.-Р. Лин, Ю. Шен, Г.Ю. Чен, Одновременная доставка лекарств и визуализация клеток с использованием оксида графена. Биоматер. Sci. 6 (4), 813–819 (2018). https://doi.org/10.1039/C7BM01192J

    Артикул Google Scholar

  • 106.

    С. Джин, Д. Ким, Г. Джун, С. Хонг, С. Чон, Настройка фотолюминесценции графеновых квантовых точек с помощью эффекта переноса заряда функциональных групп. АСУ Нано 7 (2), 1239–1245 (2013). https://doi.org/10.1021/nn304675g

    Артикул Google Scholar

  • 107.

    Дж. Шен, Ю. Чжу, Ч. Чен, X. Ян, К. Ли, Простая подготовка и апконверсионная люминесценция графеновых квантовых точек. Chem. Commun. 47 (9), 2580–2582 (2011).https://doi.org/10.1039/C0CC04812G

    Артикул Google Scholar

  • 108.

    Y. Wang, Z. Li, D. Hu, C.T. Лин, Дж. Ли, Ю. Лин, Нанокомплекс аптамер / оксид графена для молекулярного зондирования in situ в живых клетках. Варенье. Chem. Soc. 132 (27), 9274–9276 (2010). https://doi.org/10.1021/ja103169v

    Артикул Google Scholar

  • 109.

    W. Chen, P. Yi, Y.Чжан, Л. Чжан, З. Дэн, З. Чжан, Композиты из покрытых амидекстраном наночастиц Fe 3 O 4 и оксида графена для магнитно-резонансной томографии клеток. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 3 (10), 4085–4091 (2011). https://doi.org/10.1021/am2009647

    Артикул Google Scholar

  • 110.

    О. Ахаван, Э. Гадери, Токсичность графена и наностенки оксида графена против бактерий. АСУ Нано 4 (10), 5731–5736 (2010).https://doi.org/10.1021/nn101390x

    Артикул Google Scholar

  • 111.

    S. Liu, T.H. Цзэн, М. Хофманн, Э. Буркомб, Дж. Вэй, Р. Цзян, Дж. Конг, Ю. Чен, Антибактериальная активность графита, оксида графита, оксида графена и восстановленного оксида графена: мембрана и окислительный стресс. ACS Nano 5 (9), 6971–6980 (2011). https://doi.org/10.1021/nn202451x

    Артикул Google Scholar

  • 112.

    X. Го, Н. Мэй, Оценка токсического потенциала наноматериалов семейства графена. J. Food Drug Anal. 22 (1), 105–115 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.009

    Артикул Google Scholar

  • 113.

    К. Кришнамурти, М. Вирапандян, Л. Х. Чжан, К. Юн, С. Дж. Ким, Антибактериальная эффективность графеновых нанолистов против патогенных бактерий посредством перекисного окисления липидов. J. Phys. Chem. С 116 (32), 17280–17287 (2012).https://doi.org/10.1021/jp3047054

    Артикул Google Scholar

  • 114.

    I. Zarafu, I. Turcu, D.C. Culită, S. Petrescu, M. Popa, M.C. Чифирюк, Ч. Лимбан, А. Телехою, П. Ионит, Антимикробные свойства органического функционализированного оксида графена с выбранными аминами. Материалы 11 (9), 1704 (2018). https://doi.org/10.3390/ma110

    Артикул Google Scholar

  • 115.

    М. Цао, В. Чжао, Л. Ван, Р. Ли, Х. Гонг, Ю. Чжан, Х. Сю, Дж. Р. Лу, Накопление с помощью оксида графена и послойная сборка антибактериального пептида для замедленного высвобождения Приложения. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10 (29), 24937–24946 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.8b07417

    Артикул Google Scholar

  • 116.

    O.N. Руис, К.А.С. Фернандо, Б. Ван, Н.А. Браун, П.Г. Луо, Н.Д. Макнамара, М. Вангснесс, Ю.П. Сан, К. Э. Бункер, Оксид графена: неспецифический усилитель клеточного роста. ACS Nano 5 (10), 8100–8107 (2011). https://doi.org/10.1021/nn202699t

    Артикул Google Scholar

  • 117.

    M.D. Giulio, R. Zappacosta, S.D. Лодовико, Э. Кампли, Дж. Сиани, А. Фонтана, Л. Челлини, Противомикробная и антибиотикопленочная эффективность оксида графена против хронических раневых микроорганизмов. Противомикробный. Агенты Chemother. 62 (7), e00547-18 (2018).https://doi.org/10.1128/AAC.00547-18

    Артикул Google Scholar

  • 118.

    H.E. Карахан, К. Вираджа, К. Сюй, Дж. Вей, Ю. Ван, Л. Ван, Ф. Лю, Ю. Чен, Графеновые материалы в антимикробной наномедицине: текущее состояние и перспективы на будущее. Adv. Здоровьеc. Матер. 7 (13), 1701406 (2018). https://doi.org/10.1002/adhm.201701406

    Артикул Google Scholar

  • 119.

    М. Калбакова, А. Броз, Дж. Конг, М. Калбак, Графеновые субстраты способствуют адгезии остеобластов человека и мезенхимальных стромальных клеток. Углерод 48 (15), 4323–4329 (2010). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.07.045

    Артикул Google Scholar

  • 120.

    S.R. Ryoo, Y.K. Ким, М. Ким, Д. Х. Мин, Поведение фибробластов NIH-3T3 на графеновых / углеродных нанотрубках: исследования пролиферации, фокальной адгезии и трансфекции генов.ACS Nano 4 (11), 6587–6598 (2010). https://doi.org/10.1021/nn1018279

    Артикул Google Scholar

  • 121.

    C.X. Го, X.T. Чжэн, З.С. Лу, X.W. Лу, К. Ли, Биоинтерфейс путем роста клеток на слоистой наноструктуре графен – искусственная пероксидаза – белок для количественного молекулярного обнаружения in situ. Adv. Матер. 22 (45), 5164–5167 (2010). https://doi.org/10.1002/adma.201001699

    Артикул Google Scholar

  • 122.

    W.C. Ли, C.H.Y.X. Лим, Х. Ши, L.A.L. Тан, Ю. Ван, К. Лим, К. Ло, Происхождение усиленного роста и дифференцировки стволовых клеток на графене и оксиде графена. ACS Nano 5 (9), 7334–7341 (2011). https://doi.org/10.1021/nn202190c

    Артикул Google Scholar

  • 123.

    N. Li, X. Zhang, Q. Song, R. Su, Q. Zhang, T. Kong, L. Liu, G. Jin, M. Tang, G. Cheng, Продвижение нейритов прорастание и рост клеток гиппокампа мыши в культуре на графеновых субстратах.Биоматериалы 32 (35), 9374–9382 (2011). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.08.065

    Артикул Google Scholar

  • 124.

    С. Сайяр, Э. Мюррей, Б. Томпсон, С. Гамбхир, Д. Офицер, Г. Уоллес, Ковалентно связанные биосовместимые композиты графен / поликапролактон для тканевой инженерии. Углерод 52 , 296–304 (2013). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.09.031

    Артикул Google Scholar

  • 125.

    H.L. Fan, L.L. Wang, K.K. Чжао, Н. Ли, З.Дж. Ши, З.Г. Ge, Z.X. Джин, Изготовление, механические свойства и биосовместимость хитозановых композитов, армированных графеном. Биомакромол 11 (9), 2345–2351 (2010). https://doi.org/10.1021/bm100470q

    Артикул Google Scholar

  • 126.

    H.N. Lim, N.M. Huang, S.S. Lim, I. Harrison, C.H. Чиа, Изготовление и характеристика графенового гидрогеля с помощью гидротермального подхода в качестве основы для предварительного изучения роста клеток.Int. J. Nanomedicine 6 , 1817–1823 (2011). https://doi.org/10.2147/IJN.S23392

    Артикул Google Scholar

  • 127.

    Г. Ян, Дж. Су, Дж. Гао, Х. Ху, К. Гэн, К. Фу, Изготовление хорошо контролируемых пористых пен из модифицированного оксидом графена поли (пропиленкарбоната) с использованием сверхкритического углерода диоксид и его потенциальные применения в тканевой инженерии. J. Supercrit. Жидкости 73 , 1–9 (2013). https://doi.org/10.1016 / j.supflu.2012.11.004

    Артикул Google Scholar

  • 128.

    S. Shah, P.T. Инь, Т. Уэхара, С. Чуэнг, Л. Ян, К. Ли, Направление дифференцировки стволовых клеток в олигодендроциты с использованием гибридных каркасов графен-нановолокно. Adv. Матер. 26 (22), 3673–3680 (2014). https://doi.org/10.1002/adma.201400523

    Артикул Google Scholar

  • 129.

    S.Сараванан, Н. Сарин, Э. Абу-Эль-Руб, Х. Ашур, Г. Л. Секьера и др., Нанолисты из оксида графена и золота, содержащие хитозановый каркас, улучшают сократимость и функцию желудочков после имплантации в инфарктное сердце. Sci. Отчет 8 , 15069 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-33144-0

    Артикул Google Scholar

  • 130.

    S.R. Шин, К.З.М. Акбари, П. Ассавес, Л. Чунг, К. Чжан и др., Гибридные гидрогели восстановленного оксида графена-GelMA в качестве каркаса для инженерии сердечной ткани.Маленький 12 (27), 3677–3689 (2016). https://doi.org/10.1002/smll.201600178

    Артикул Google Scholar

  • 131.

    G. Zhao, H. Qing, G. Huang, G.M. Генин, Т. Лу, З. Луо, Ф. Сюй, Х. Чжан, Матрицы из нановолоконного фиброина шелка, функционализированные восстановленным оксидом графена, для конструирования возбудимых тканей. NPG Asia Mater. 10 , 982–994 (2018). https://doi.org/10.1038/s41427-018-0092-8

    Артикул Google Scholar

  • 132.

    M.H. Норахан, М. Амрун, Р. Гахреманзаде, М. Махмуди, Н. Бахейраи, Электроактивный коллаген, содержащий оксид графена, способствующий васкуляризации для тканевой инженерии сердца. J. Biomed. Матер. Res. А 107 А (1), 204–219 (2018). https://doi.org/10.1002/jbm.a.36555

    Артикул Google Scholar

  • 133.

    P. Hitscherich, A. Aphale, R. Gordan, R. Whitaker, P. Singh, L.H. Xie, P. Patra, E.J. Ли, Электроактивные композитные каркасы из графена для тканевой инженерии сердца.J. Biomed. Матер. Res. А 106 (11), 2923–2933 (2018). https://doi.org/10.1002/jbm.a.36481

    Артикул Google Scholar

  • 134.

    С. Малик, Ф.М. Раддок, А.Х. Доулинг, К. Бирн, В. Шмитт и др., Графеновые композиты для стоматологии и биомедицины. Beilstein J. Nanotechnol. 9 , 801–808 (2018). https://doi.org/10.3762/bjnano.9.73

    Артикул Google Scholar

  • 135.

    V. Rosa, H. Xie, N. Dubey, T.T. Madanagopal, S.S. Rajan, J.L.P. Morin, I. Islam, A.H.C. Нето, субстрат на основе оксида графена: физические и поверхностные характеристики, цитосовместимость и потенциал дифференцировки стволовых клеток пульпы зуба. Вмятина. Матер. 32 , 1019–1025 (2016). https://doi.org/10.1016/j.dental.2016.05.008

    Артикул Google Scholar

  • 136.

    г. Чен, Д.В.П. Панг, С. Хван, Х. Туан, Ю.К. Ху, Платформа на основе графена для индуцированной культуры и дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток. Биоматериалы 33 (2), 418–427 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.09.071

    Артикул Google Scholar

  • 137.

    A.E. Jakus, E.B. Secor, A.L. Rutz, S.W. Джордан, М. Херсам, Р. Шах, Трехмерная печать графеновых каркасов с высоким содержанием для электронных и биомедицинских приложений. АСУ Нано 9 (4), 4636–4648 (2015).https://doi.org/10.1021/acsnano.5b01179

    Артикул Google Scholar

  • 138.

    Q. Chen, J.D. Mangadlao, J. Wallat, A.D. Leon, J.K. Покорски, Р. Advincula, 3D-печать нанокомпозитов из биосовместимого полиуретана / поли (молочной кислоты) / оксида графена: анизотропные свойства. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9 (4), 4015–4023 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b11793

    Артикул Google Scholar

  • 139.

    A.E. Jakus, R.N. Шах, Мульти- и смешанная 3D-печать гибридных материалов графен-гидроксиапатит для сложной тканевой инженерии. J. Biomed. Матер. Res. А 105 (1), 274–283 (2017). https://doi.org/10.1002/jbm.a.35684

    Артикул Google Scholar

  • 140.

    Z. Gu, Z. Yang, L. Wang, H. Zhou, C.A. Хименес-Крус, Р. Чжоу, Роль основных остатков в адсорбции белков крови на поверхности графена. Sci.Отчет 5 , 10873 (2015). https://doi.org/10.1038/srep10873

    Артикул Google Scholar

  • 141.

    Y. Chong, C. Ge, Z. Yang, J.A. Гарате, З. Гу, Дж. К. Вебер, Дж. Лю, Р. Чжоу, Снижение цитотоксичности графеновых нанолистов, опосредованное белковым покрытием крови. АСУ Нано 9 (6), 5713–5724 (2015). https://doi.org/10.1021/nn5066606

    Артикул Google Scholar

  • 142.

    W. Hu, C. Peng, M. Lv, X. Li, Y. Zhang, N. Chen, C. Fan, Q. Huang, Снижение цитотоксичности оксида графена, опосредованное белковой короной. АСУ Нано 5 (5), 3693–3700 (2011). https://doi.org/10.1021/nn200021j

    Артикул Google Scholar

  • 143.

    G. Duan, S. Kang, X. Tian, ​​J.A. Гарате, Л. Чжао, К. Ге, Р. Чжоу, Белковая корона снижает цитотоксичность оксида графена за счет уменьшения его физического взаимодействия с клеточной мембраной.Наномасштаб 7 (37), 15214–15224 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NR01839K

    Артикул Google Scholar

  • 144.

    Ф. Чжоу, Д. Син, Б. Ву, С. Ву, З. Оу, В. Чен, Новое понимание трансмембранного механизма и субклеточной локализации нековалентно модифицированных однослойных углеродных нанотрубок. Nano Lett. 10 (5), 1677–1681 (2010). https://doi.org/10.1021/nl100004m

    Артикул Google Scholar

  • 145.

    Ю. Ли, Ю. Лю, Ю. Фу, Т. Вэй, Л. Л. Гуйадер, Г. Гао, Р. Лю, Ю. Чанг, К. Чен, Запуск апоптоза в макрофагах чистым графеном через MAPK и TGF -beta сигнальные пути. Биоматериалы 33 (2), 402–411 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.09.091

    Артикул Google Scholar

  • 146.

    А. Сасидхаран, Л. Панчакарла, П. Чандран, Д. Менон, С. Наир, К. Рао, М. Коякутти, Дифференциальные нано-биологические взаимодействия и эффекты токсичности нетронутого графена по сравнению с функционализированным графеном.Наномасштаб 3 (6), 2461–2464 (2011). https://doi.org/10.1039/c1nr10172b

    Артикул Google Scholar

  • 147.

    SP Mukherjee, N. Lozano, M. Kucki, AE Del Rio-Castillo, L. Newman, E. Vázquez, K. Kostarelos, P. Wick, B. Fadeel, Обнаружение загрязнения эндотоксинами графена на основе материалы с использованием теста экспрессии TNF-α и руководящие принципы для производства оксида графена без эндотоксина. PLoS ONE 11 (11), e0166816 (2016).https://doi.org/10.1371/journal.pone.0166816

    Артикул Google Scholar

  • 148.

    M.H. Лахиани, К. Гокулан, К. Уильямс, М.В. Ходаковская, С. Харе, Графен и углеродные нанотрубки активируют различные рецепторы клеточной поверхности на макрофагах до и после дезактивации эндотоксинов. J. Appl. Toxicol. 37 (11), 1305–1316 (2017). https://doi.org/10.1002/jat.3477

    Артикул Google Scholar

  • 149.

    А. Ярош, М. Шкода, И. Дудек, Д. Шукевич, Окислительный стресс и активация митохондрий как основные механизмы, лежащие в основе токсичности графена против раковых клеток человека. Оксид. Med. Cell Longev. (2016). https://doi.org/10.1155/2016/5851035

    Артикул Google Scholar

  • 150.

    Y. Kang, J. Liu, J. Wu, Q. Yin, H. Liang, A. Chen, L. Shao, оксид графена и восстановленный оксид графена индуцировали апоптоз клеточных линий PC12, полученных из нейральной феохромоцитомы, и изменения клеточного цикла через сигнальные пути ERK.Int. J. Nanomedicine 12 , 5501–5510 (2017). https://doi.org/10.2147/IJN.S141032

    Артикул Google Scholar

  • 151.

    X. Tian, ​​Z. Yang, G. Duan, A. Wu, Z. Gu et al., Нанолисты из оксида графена замедляют миграцию клеток за счет разрушения актинового цитоскелета. Маленький (2017). https://doi.org/10.1002/smll.201602133

    Артикул Google Scholar

  • 152.

    Г. Чен, Х. Ян, К. Лу, Ю. Чао, С. Хван и др., Одновременная индукция аутофагии и сигнальных путей толл-подобных рецепторов оксидом графена. Биоматериалы 33 (27), 6559–6569 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.05.064

    Артикул Google Scholar

  • 153.

    А. Ван, К. Пу, Б. Донг, Ю. Лю, Л. Чжан, З. Чжан, В. Дуань, Ю. Чжу, Роль поверхностного заряда и окислительного стресса в цитотоксичности и генотоксичности оксид графена по отношению к клеткам фибробластов легких человека.J. Appl. Toxicol. 33 (10), 1156–1164 (2013). https://doi.org/10.1002/jat.2877

    Артикул Google Scholar

  • 154.

    K.H. Ляо, Ю. Лин, C.W. Macosko, C.L. Хейнс, Цитотоксичность оксида графена и графена в эритроцитах и ​​фибробластах кожи человека. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 3 (7), 2607–2615 (2011). https://doi.org/10.1021/am200428v

    Артикул Google Scholar

  • 155.

    Д. Ван, Л. Чжу, Дж. Ф. Чен, Л. Дай, Могут ли квантовые точки графена вызывать повреждение ДНК в клетках? Наномасштаб 7 (21), 9894–9901 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NR01734C

    Артикул Google Scholar

  • 156.

    Z.M. Маркович, Б.З. Ристич, К. Арсикин, Д. Клисич, Л.М.Хархаджи-Трайкович и др., Графеновые квантовые точки как фотодинамические агенты, вызывающие аутофагию. Биоматериалы 33 (29), 7084–7092 (2012). https: // doi.org / 10.1016 / j.biomaterials.2012.06.060

    Артикул Google Scholar

  • 157.

    X. Tian, ​​B. Xiao, A. Wu, L. Yu, J. Zhou, Y. Wang, N. Wang, H. Guan, Z. Shang, Квантовые точки с гидроксилированным графеном вызывают старение клеток как р53-зависимым, так и -независимым образом. Toxicol. Res. 5 (6), 1639–1648 (2016). https://doi.org/10.1039/C6TX00209A

    Артикул Google Scholar

  • 158.

    Л. Мао, М. Ху, Б. Пань, Ю. Се, Э. Дж. Петерсен, Биораспределение и токсичность радиоактивно меченного многослойного графена у мышей после интратрахеальной инстилляции. Часть. Fiber Toxicol. 13 , 7 (2016). https://doi.org/10.1186/s12989-016-0120-1

    Артикул Google Scholar

  • 159.

    С. Шьяма, В. Пол, А. Сабарисваран, П.В. Моханан, Рамановская спектроскопия для обнаружения распределения органов и очистки от ПЭГилированного восстановленного оксида графена и биологических последствий.Биоматериалы 131 , 121–130 (2017). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.03.043

    Артикул Google Scholar

  • 160.

    M.C.P. Mendonça, E.S. Соареш, М. де Хесус, Х.Дж. Сераджоли, М.С. Феррейра, Р.Р. Катарино, М.А. да Круз-Хофлинг, Восстановленный оксид графена вызывает временное открытие гематоэнцефалического барьера: исследование in vivo. Ж. Нанобиотехнология 13 (1), 78 (2015). https://doi.org/10.1186/s12951-015-0143-z

    Артикул Google Scholar

  • 161.

    С. Сюй, З. Чжан, М. Чу, Долгосрочная токсичность нанолистов с восстановленным оксидом графена: влияние на репродуктивную способность самок мышей и развитие потомства. Биоматериалы 54 , 188–200 (2015). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.03.015

    Артикул Google Scholar

  • 162.

    S.K. Сингх, М. Сингх, М. Наяк, С. Кумари, С. Шривастава, J.J.A. Грацио, Д. Даш, Свойство атомарно тонких листов оксида графена индуцировать тромбирование.ACS Nano 5 (6), 4987–4996 (2011). https://doi.org/10.1021/nn201092p

    Артикул Google Scholar

  • 163.

    Х. Юэ, В. Вэй, З. Юэ, Б. Ван, Н. Луо, Ю. Гао, Д. Ма, Г. Ма, З. Су, Роль латерального измерения графена оксид в регуляции клеточных ответов. Биоматериалы 33 (16), 4013–4021 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.02.021

    Артикул Google Scholar

  • 9 способов, которыми графен меняет мир вокруг нас

    GettyGraphene - это однослойный графит, также известный как мягкий материал, обычно встречающийся в грифелях карандашей, с атомами, расположенными в гексагональной структуре в виде сот.Хотя это описание явно неинтересно, графен на самом деле становится одним из самых универсальных новых материалов в науке.

    Толщиной всего в один атом (или тонкой, в зависимости от того, что вы думаете об этом), графен является одним из самых прочных материалов в известной вселенной, он в 100 раз прочнее стали, обладает удивительной гибкостью и многими другими. таланты, скрывающиеся под поверхностью.

    Вы помните классическую сцену из Симпсоны , в которой Гомеру предлагают «восковые губы», описанные продавцом как «конфету на тысячу раз»? Что ж, графен - это восковые губы мира материаловедения.И хотя у нас нет времени подробно описывать 1000 применений, вот некоторые из самых захватывающих открытий графена, сделанных на сегодняшний день.

    Создание самой тонкой лампочки в мире

    Представьте себе гибкий прозрачный дисплей или световую полосу толщиной всего в один атом. Это то, что графен может помочь воплотить в реальность, как показали исследования ученых из Колумбийского (университетского) инженерного факультета, Сеульского национального университета и Корейского исследовательского института стандартов и науки.

    Было показано, что при присоединении небольших полосок графена к металлическим электродам и пропускании через них тока графен нагревается и загорается. Профессор Колумбийского университета Джеймс Хоун назвал ее «самой тонкой лампочкой в ​​мире». Найти способ воплотить этот прорыв в носимых устройствах, таких как умная одежда, было бы революционным.

    Действует как сверхпроводник

    Графен также может действовать как сверхпроводник, а это означает, что электрический ток может проходить через него с нулевым сопротивлением. Это открытие было сделано исследователями из Кембриджского университета Соединенного Королевства.Эффект активируется путем связывания графена с материалом, называемым оксидом церия и меди празеодима (PCCO).

    Почему сверхпроводящие материалы имеют значение? Потому что в будущем они могут стать источником неограниченного количества энергии, поскольку их не нужно постоянно подпитывать током.

    «Однажды мечта - заставить ваш компьютер или iPhone работать без потери энергии», - сказал Digital Trends младший научный сотрудник Анджело Ди Бернардо, один из исследователей проекта.«Вы просто зарядите его один раз, и тогда вы сможете забыть о необходимости заряжать его снова на протяжении всего срока службы».

    Акустическая система лучше

    Для воспроизведения звука обычные динамики создают в воздухе волну давления, физически перемещаясь вперед и назад. В конечном итоге графен может предложить другой подход. Исследователи из Университета Эксетера в Великобритании продемонстрировали, как графен может создать неподвижное твердотельное аудиоустройство, которое однажды может заменить существующую громоздкую звуковую систему так называемой термоакустической генерацией звука.

    Вместо физического перемещения компонента этот процесс основан на использовании графена для периодического изменения температуры воздуха с очень высокой скоростью - достаточной для генерации звука на слышимых частотах и ​​гораздо более высоких ультразвуковых частотах. Результатом может стать возможность включения динамиков в технологии ультратонких сенсорных экранов, в которых экран может воспроизводить звук самостоятельно. Никаких отдельных динамиков не требуется.

    Бронежилет прочнее алмазов Элла Мару Студия

    Элла Мару Студия

    Один слой графена - это круто.Знаете, что еще круче? Два слоя графена вместе. Это то, что недавно продемонстрировали исследователи из Технологического института Джорджии, продемонстрировав, как двухслойная эпитаксиальная графеновая пленка - всего два атомных слоя графита - может выдерживать перфорацию алмазным наконечником.

    Есть надежда превратить его в ультратонкий бронежилет, легкий, как фольга, но прочный, как алмаз, способный остановить пулю прямо на своем пути. (Интересно, что эффект сверхупрочнения графенового экрана возникает только при использовании двух листов графена, причем дополнительные слои, по-видимому, оказывают вредное воздействие.)

    Фильтрующая соль из морской воды или краситель из виски Кичигин Александр / 123RF

    Кичигин Александр / 123RF

    Графеновые мембраны можно использовать для создания более тонкого сита, чем то, которое вы найдете на кухне любого ресторана. Одно исследование показало, что графеновая мембрана может фильтровать 85 процентов соли из морской воды, которая недостаточно чиста для питья, но вполне приемлема для использования в сельском хозяйстве.

    Думаете, это впечатляет? Это ничто по сравнению с недавним исследованием, проведенным в США.К. из Манчестерского университета, где исследователи использовали графеновую мембрану, чтобы отфильтровать цвет из виски, оставив его в виде прозрачной жидкости.

    «Отсутствие проникновения молекул красителя было очевидно даже по цвету раствора после фильтрации», - сказал Digital Trends профессор Рахул Наир из Манчестерского университета Великобритании. «Исходный раствор красителя красочный, а после фильтрации через мембрану [оксид графена] раствор потерял свой цвет и стал чистым растворителем.”

    Краска будущего

    Представьте, что вы можете покрасить здание специальным покрытием, которое меняет цвет, когда чувствует, что нижележащая конструкция нуждается в ремонте. Именно этого достигли исследователи из Института исследований полимеров им. Лейбница в Германии с помощью умного графенового покрытия, которое изменяет цвет и указывает на разрывы и трещины.

    Покрытие, вдохновленное отражением света рыбьей чешуей, усиливает определенные длины волн света, но притупляет другие.Чешуйки графена размещаются на поверхности под определенными углами, так что, если они каким-то образом скомпрометированы, они будут отражать красный, желтый и зеленый свет, а неприкосновенные области - нет.

    Разумно, что цвет света может меняться в зависимости от тяжести нагрузки на область, поэтому структуры, вероятно, могут иметь цветовую кодировку, чтобы показать, насколько серьезна конкретная область повреждения.

    Следим за нашим здоровьем

    Графен хорошо обнаруживает не только здоровье.Исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго продемонстрировали, что он также помогает обнаруживать раковые клетки. В ходе эксперимента они поместили клетки мозга, взятые у мышей, на лист графена и обнаружили, что он способен различать единственную раковую клетку (глиобластому или клетку GMB) и нормальную клетку.

    Другие исследователи из Техасского университета в Остине также создали временные татуировки на основе графена, способные отслеживать жизненно важные показатели человека, такие как температура кожи и гидратация.

    Зарядка наших гаджетов

    Графен также можно использовать для создания новых батарей, которые очень быстро перезаряжаются. Одна китайская компания под названием Dongxu Optoelectronic создала аккумуляторную батарею под названием G-King, которая имеет гигантскую емкость 4800 мАч, но, как сообщается, может заряжаться от разряженной до полной всего за четверть часа.

    Элемент также предположительно достаточно силен, чтобы его можно было разряжать и перезаряжать 3500 раз, что намного больше, чем у обычного литий-ионного аккумулятора.

    Создание крутых кроссовок

    С этого года вы сможете покупать кроссовки, сделанные с использованием графена, благодаря партнерству между U.К. Манчестерский университет и бренд спортивной одежды inov-8. Обувь уже прошла испытания в лаборатории, и подошва из графенового композитного каучука (часть обуви, на самом деле содержащая графен), как сообщается, намного прочнее и эластичнее, чем традиционные материалы, что делает обувь более устойчивой к износу.

    Надеюсь, пинки второго поколения также фильтруют соленую воду, защищают вас от пуль, заряжают ваши мобильные устройства и излечивают рак - для хорошей меры!

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *