石墨烯作为一种由单层碳原子组成的二维纳米材料,其优异的电学、机械、光学性能,在诸多领域得到应用,但是其较差的水溶性限制其在生物学领域的应用。石墨烯氧化物作为石墨烯的氧化物形式,其片层表面所镶嵌的含氧功能基团赋予了石墨烯氧化物良好的水溶性、优异的机械性能以及可调节的电学性质,拓展了石墨烯在纳米复合材料、微纳电子器件等领域的应用,但是其相关的生物学效应和生物学应用却少有报道。本论文初步研究了石墨烯氧化物的生物学效应,包括对细菌的抑制作用,和对哺乳动物细胞的毒性作用,并分别探讨了产生相应效应的机制,最后探索了功能化的石墨烯氧化物在细胞生物学领域的应用。主要的研究结果如下:　　 (1)石墨烯氧化物的合成及表征。本论文基于改良的Hummers方法,合成了具有良好水溶性的的石墨烯氧化物胶体悬液,片层厚度在～1.1 nm,尺寸分布在几十纳米到几百纳米之间。通过水合肼的还原,制备了单片层的还原石墨烯氧化物悬液。同时,运用抽滤法制备了厚度可调节的石墨烯氧化物膜和还原石墨烯氧化物膜。　　 (2)石墨烯氧化物的抗菌性能。实验证实石墨烯氧化物和还原石墨烯氧化物与大肠杆菌作用2 h后,能有效地降低大肠杆菌的新陈代谢强度,并通过传统的菌落计数法测得它们对大肠杆菌的抑菌率超过90％。进一步的实验发现石墨烯氧化物膜和还原石墨烯氧化物膜也展示出良好的抗菌性。石墨烯氧化物处理后的大肠杆菌透射电子显微镜图片揭示其抗菌性来源于它对大肠杆菌细胞膜的破坏。然而,石墨烯氧化物对哺乳动物细胞A549的细胞毒性温和,比还原石墨烯氧化物的毒性小,因此,石墨烯氧化物在抗菌材料相关的领域具有潜在的广泛应用前景。　　 (3)血清蛋白调节石墨烯氧化物对哺乳动物细胞的毒性。实验发现石墨烯氧化物对A549的细胞毒性表现出明显的浓度依赖性,然而时间依赖性却不明显(孵育时间4 h至24 h)。同时,发现石墨烯氧化物的细胞毒性随着培养基中胎牛血清蛋白的浓度增加而减小,并且受到孵育温度的影响。因此,推测石墨烯氧化物的细胞毒性首先来源于石墨烯氧化物对细胞膜的破坏。最后通过与石墨烯氧化物作用后的A549细胞的透射电子显微镜图片证实了这一推测。　　 (4)功能化的石墨烯氧化物应用于细胞成像。用PEG-2000分子作为"bridge",将荧光素分子连接到石墨烯氧化物片层的表面,赋予了石墨烯氧化物发射绿色荧光的特性,并且荧光强度受到pH调节。MTT实验结果表明PEG-2000可以有效地降低石墨烯氧化物的细胞毒性。荧光素功能化的石墨烯氧化物与HeLa细胞孵育6 h后,HeLa细胞能发出明亮的绿色荧光,证实大量的荧光素功能化的石墨烯氧化物被细胞摄取,表明PEG-2000修饰的石墨烯氧化物可以作为胞内载体实现药物运输、分子检测和细胞成像。　　 本课题发现纳米石墨烯氧化物与单细胞作用以后,能对细胞膜造成损伤,但是纳米石墨烯氧化物和细胞膜相互作用的过程仍然不清楚,后续的工作希望借助一系列的表征手段,进一步探明它们相互作用的机理。同时,通过对纳米石墨烯氧化物的修饰,可以减小其细胞毒性,从而使其在细胞成像、肿瘤的治疗(体内、体外环境)等领域有望得到广泛的应用。