未來半導(dǎo)體材料的新寵石墨烯被懷疑有毒

　　根據(jù)美國(guó)布朗大學(xué)(BrownUniversity)研究人員的研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯(grapheme)──這種被譽(yù)為未來半導(dǎo)體材料的新寵──可能會(huì)破壞活細(xì)胞功能。如果布朗大學(xué)的毒性研究結(jié)果進(jìn)一步經(jīng)過多方研究證實(shí)的話，石墨烯最終可能會(huì)像碳納米管一樣被歸類在有害物質(zhì)范圍。

　　“石墨烯比碳納米管更容易產(chǎn)生，而且在許多應(yīng)用中都能取代碳納米管，”布朗大學(xué)病理學(xué)和實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)系教授AgnesKane表示。

　　石墨烯具有許多獨(dú)特的功能，但最重要的是它經(jīng)常是由天然礦物──石墨制造而來，其方式是經(jīng)由化學(xué)或機(jī)械剝離方式分離碳薄層，形成可能產(chǎn)生吸入暴露的乾燥粉末。病理學(xué)家已經(jīng)針對(duì)碳納米管和其他有關(guān)的碳材料展開研究了，但是這是第一次針對(duì)2D納米材料進(jìn)行毒性測(cè)試。

　　AgnesKane所主導(dǎo)的布朗大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在展開石墨烯的毒性研究后發(fā)現(xiàn)，就像碳納米管一樣，石墨烯的確會(huì)破壞活性細(xì)胞功能。為了找出其中的原因，Kane還邀請(qǐng)工程系教授高華健(HuajianGao)加入這一研究團(tuán)隊(duì)，以期為石墨烯材料與活性細(xì)胞的互動(dòng)關(guān)系建立詳細(xì)的電腦模擬圖。

　　該研究團(tuán)隊(duì)是在偶然間發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)果，因?yàn)樗麄円婚_始模擬石墨烯與活細(xì)胞間互動(dòng)關(guān)系所顯示的結(jié)果是良性的。然而，Kane的生物小組經(jīng)由過去的毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)知道石墨碎片事實(shí)上會(huì)干擾到活細(xì)胞的正常功能。后來才發(fā)現(xiàn)，原來第一代模擬過于簡(jiǎn)單，將石墨烯碎片建模為正方形，而現(xiàn)實(shí)世界中的石墨碎片邊緣鋒利邊角尖銳，可穿透細(xì)胞壁并吸附其余的碎片。經(jīng)過高華健教授修改模擬后成功為Kane的毒性實(shí)驗(yàn)重新進(jìn)行建模。

　　圖題：石墨烯(G)碎片邊緣尖銳，易穿透細(xì)胞薄膜(來源：KaneLab/BrownUniversity)

　　經(jīng)過修正模擬后發(fā)現(xiàn)了石墨烯將干擾細(xì)胞正常功能的機(jī)制，布朗大學(xué)病理學(xué)和實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)教授AnnettevondemBussche就能透過顯示細(xì)胞受干擾的詳細(xì)影像，重覆進(jìn)行毒性實(shí)驗(yàn)。后續(xù)的研究將針對(duì)人類的肺、皮膚與免疫細(xì)胞在培養(yǎng)皿中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定石墨烯薄層是否會(huì)穿透活性細(xì)胞并且被吞噬。

　　所有令人感興趣的納米材料都具有獨(dú)特的性能，因此，盡管宣稱具有危險(xiǎn)性但也不致于影響其材料應(yīng)用，而且也有許多有毒的材料仍成功地用于半導(dǎo)體制造中，例如鉛、汞與鎘等。事實(shí)上，布朗大學(xué)的研究人員們還針對(duì)多種納米材料進(jìn)行毒性研究，以期作為開發(fā)更安全制造與處理方法的先決條件，以便在整個(gè)生命周期都能善加利用。

　　“納米材料最佳之處在于你可為其進(jìn)行建構(gòu)，使其具有所需的特定性能。”Kanes說，“因此，我們可以透過計(jì)算建模的方式，為這些材料進(jìn)行修改，使其毒性降低。”

　　石墨烯一直被視為一種具有發(fā)展前景的新式材料，可望取代硅晶用于未來的半導(dǎo)體中。