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石墨烯无标记追踪质谱又有新应用采暖

2022年08月23日

石墨烯无标记追踪质谱又有新应用

作为新型的碳纳米材料，石墨烯这些年一直是材料学的热门，研究成果广泛应用于能源环境、生物医药等多个领域。但随着石墨烯从不同途径进入环境与人们的生活，其生物安全性以及潜在的生态风险也开始引起研究者的关注。

有不同的研究指出，石墨烯可以在DNA、蛋白质、酶、细胞以及组织器官等不同水平上与生物体相互作用，引起健康风险。例如2013年中科院上海应用物理研究所的一项研究表明氧化石墨烯可以显著诱发小鼠的急性肺损伤。而且除了通过肿瘤治疗、生物植入等医疗方式直接进入人体，石墨烯还可以沿着食物链传递到高等生物体内，这也让追踪环境中的石墨烯成为研究石墨烯环境风险的重要方向。

作为构成有机物的基础元素，碳元素广泛存在于自然环境与生物体中，这对石墨烯的追踪造成了巨大的背景干扰，使得检测和定量环境与生物体内的石墨烯极其困难。这一问题的解决办法通常是对石墨烯进行化学标记，例如南京大学的科研团队利用C14标记石墨烯以研究石墨烯在水稻内的富集、分布、迁移和转化过程。但是这一方法过程复杂而且成本较高，并不适合大规模应用。

近日，中科研生态环境研究中心利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱法建立了一种无需化学标记的石墨烯定量检测方法。在商品化石墨烯及氧化石墨烯中，由于制作工艺的问题通常会含有一定量无法完全去除的金属杂质，这些金属杂质的稳定性很高，不会随着石墨烯在环境中的迁徙而变化，因此可作为检测环境介质中石墨烯材料含量的标记物。利用该技术，研究人员检测了大豆苗中的石墨烯和氧化石墨烯的分布并进行了原位成像，得到了新的研究成果。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)是激光剥蚀固体进样与电感耦合等离子质谱联用的技术，利用激光束对样品进行烧蚀，使之气化后进入电感耦合等离子体质谱仪进行分析，是原位微区元素含量和同位素比值分析测试的主流技术。LA-ICP-MS主要应用于地球化学中锆石U-Pb同位素测年，除此之外还可以进行元素分布分析、环境和矿物样品分析等。石墨烯的检测与定量是LA-ICP-MS新的应用方向。这一应用在推动石墨烯环境风险研究的同时也扩展了LA-ICP-MS的应用领域。

技术对科学研究的推动不仅在于技术进步可以推进科学研究的深度，还在于拓展技术的应用可以解决不同领域的难题。很多时候研究面临的瓶颈不是因为现有的技术不能满足需求，只是没有找到合适的方法。就如石墨烯的风险研究，当出现新的思路，利用LA-ICP-MS对金属杂质进行检测时，不仅降低了检测成本，还避免了化学标记法可能会改变材料性质的不足，使研究更容易进行下去。

对石墨烯潜在危害的认识越深入就越能帮助我们更好地利用石墨烯材料，在这一方面我们还有很长的路要走。