En los últimos años, el desarrollo floreciente de la nanociencia ha acelerado enormemente la transformación de varios nanomateriales en organismos vivos. Explorar las posibles interacciones entre nanomateriales y componentes bioambientales para revelar sus oportunidades y limitaciones se ha convertido en un tema clave en el desarrollo de nanobiomateriales y el control de sus efectos biológicos. El óxido de grafeno es un derivado oxidado del grafeno que contiene un grupo hidroxilo y un grupo epoxi en el centro de la estructura de la lámina y un grupo carboxilo en el borde de la estructura de la lámina. Estos grupos funcionales que contienen oxígeno no solo incuban la excelente dispersión acuosa de óxido de grafeno, sino que también proporcionan un gran número de sitios de funcionalización. Estas propiedades hacen que el óxido de grafeno sea un biomaterial prometedor en muchos campos. Por lo tanto, una comprensión profunda de cómo el óxido de grafeno interactúa con los componentes biológicos desempeña un papel extremadamente importante en su desarrollo futuro en los campos biológico y médico.
Recientemente, Jiang Xiuyan, un grupo de investigación del Instituto Changchun de Química Aplicada de la Academia de Ciencias de China, basado en la investigación anterior, utilizó una monocapa autoensamblada en el terminal carboxilo para simular biomoléculas y formó un par de ácido-base de Bronsted potencial con óxido de grafeno. La espectroscopia infrarroja de superficie mejorada explora la transferencia de protones entre los dos. Mediante un análisis en profundidad del agua de la interfaz de monocapa autoensamblada inducida por el óxido de grafeno y los picos de vibración característicos basados en el carbono, encontraron que el óxido de grafeno puede adsorber la superficie de la monocapa autoensamblada y protonar la película de la monocapa. Sorprendentemente, la capacidad de esta monocapa protonada no desaparece con el aumento de la capacidad amortiguadora del sistema, y el comportamiento de los ácidos orgánicos pequeños, como el ácido fórmico, es completamente diferente. El óxido de grafeno es una estructura lamelar bidimensional con un solo espesor atómico. Los grupos ácidos ionizables en los grupos funcionales que contienen oxígeno están localizados en átomos de carbono adyacentes o conjugados y tienen diferentes microentornos para afectar la ionización de cada uno. Para láminas de óxido de grafeno en solución acuosa, los protones parcialmente disociados se difunden en la solución a granel para hacer ácida la solución acuosa de óxido de grafeno, y los protones parcialmente disociados se unen a la interfaz de óxido de grafeno / agua. Estos grupos funcionales que contienen oxígeno, a su vez, oxidan la excelente conductividad protónica del óxido de grafeno. Debido a la estructura bidimensional ultrafina de óxido de grafeno, los protones disociados en la interfaz de óxido de grafeno / agua forman enlaces de hidrógeno débiles con moléculas de agua unidas a la superficie del óxido de grafeno y grupos funcionales que contienen oxígeno muy adyacentes, por lo tanto continuamente la reconstitución de estos enlaces de hidrógeno se realiza en el plano de la lámina de óxido de grafeno. Por lo tanto, los autores proponen que la acidez natural y la alta conductividad protónica del óxido de grafeno hacen que el óxido de grafeno aparezca como un conjunto de protones intercambiables bidimensional en la solución, que puede disociarse y transferirse cuando existe una base de Bronsted adecuada en la interfaz de interacción. Protón. Para los sistemas de monocapa autoensamblados terminados en óxido de grafeno y carboxilo, además de reducir el pH de la mayor parte de la solución, el óxido de grafeno puede transferir protones en la interfaz de la película de óxido de grafeno / agua / monocapa autoensamblada. Los autores también investigaron sistemáticamente el efecto de la densidad de protones interfacial y la conductividad de protones en la transferencia de protones en la interfaz de óxido de grafeno. Este trabajo no solo mejoró en gran medida la comprensión de la interfaz nano-bio, sino que también sugirió que la transferencia de protones interfacial puede ser una fuente desatendida de biodisponibilidad del óxido de grafeno.
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