石墨炔与细胞膜相互作用的研究进展
摘要：石墨炔是一种新型的碳同素异形体，其特征是sp和sp2杂化碳原子在二维平面结构中共存，具有导电性好、比表面积大、生物相容性好、弹性高等特点。近年来，因其具有独特的结构和优异的性能，在电学、化工等领域备受关注，尤其生物医药方面，石墨炔在细胞膜的穿透作用及药物携带方面展现出巨大潜力，具有重大应用前景。本篇综述主要介绍了石墨炔的研究进展，探讨了石墨炔发展的机遇及挑战；叙述了其他纳米材料与生物膜的相互作用，以期求得石墨炔可能的穿膜机制及影响因素。
关键词：石墨炔； 生物学特性； 生物膜； 碳同素异形体
1 引言
碳纳米材料 (Carbon nanomaterials，CNMs)，是目前广泛活跃于材料科学领域及生物领域的碳材料，合成和分离出具有稳定形式的新型碳，主要集中于识别碳同素异形体的新特性和应用，对碳结构的研究是一个重要的发展方向，预计将广泛应用于纳米科学和技术[1]。碳具有三种杂化状态 (sp、sp2和sp3)，具有许多组合，通过这些组合，碳原子可以相互结合以产生许多碳同素异形体，如通过 sp2 杂化可以形成石墨烯、富勒烯，通过 sp3 杂化可以形成金刚石，通过 sp3 和 sp2 杂化可以形成碳纳米管等[2]。
自从发现石墨烯以来，与其本体对应物相比，二维纳米材料表现出不同寻常的理化特性，例如高纵横比、独特的表面化学和量子尺寸效应。近年来具有新颖结构/电子特性的新型二维碳同素异形体的设计和制备已成为科学家们的热门话题之一[3]。石墨炔便是具有导电性好、比表面积大、生物相容性好、弹性高等特点的新型碳同素异形体之一，在电学、光电传感器、生物医药领域中具有独特的应用。本文在阐述石墨炔的研究背景及结构特点的基础上，综述了石墨炔及其他纳米材料与细胞膜的相互作用，同时例举了石墨炔在生物医学领域的应用研究。
2 石墨炔
2.1 研究简史
1996 年化学诺贝尔奖被授予了 3 位富勒烯的发现者，2010 年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫由于在二维材料石墨烯方面开创性的研究被授予了诺贝尔物理奖，使得碳材料的研究进入了一个新的阶段，同时也激起了科学家们对新型碳的同素异形体的研究的热忱和兴趣[2]。1968 年著名理论家 Baughman 通过计算认为石墨炔结构可稳定存在，国际上的著名功能分子和高分子研究组都开始了相关的研究，但是并没有获得成功。直至 2010 年，中国科学院化学研究所李玉良教授课题组通过六乙炔基苯的交叉偶联反应，在铜表面成功制备了大面积具有二维结构的石墨二炔 (Graphdiyne, GDY) 薄膜[2]，使得我国在石墨炔的制备方面取得了重大突破。
