如何克服肿瘤对药物的耐受性和降低药物对正常细胞的毒副作用是目前化学药物治疗肿瘤的难点。随着纳米技术的高速发展，新型的纳米载药体系有望解决这些难题。石墨烯（graphene），作为单原子层厚的二维纳米材料，自从2004年被发现以来引起了人们的广泛兴趣。氧化石墨烯（graphene oxide, GO）是石墨烯的氧化物。GO 不仅具有石墨烯比表面积大、对不溶性的芳香类药物分子吸附能力强的优点，同时还表现出一些独特的性质，其富含羧基、羟基、环氧基等活性基团，因而在水中具有较好的分散性，也易于进一步化学修饰。因此，GO 具有发展成为优良的生物医用材料的潜力。基于此，本博士论文设计、制备了功能化GO，探索了其在药物和核酸递送以及生物成像方面的应用。本工作包括以下三个方面：
    （1）功能化GO 用于多种抗肿瘤药物联合递送：通过磺酸化修饰，制备了生理稳定性更好的GO 衍生物，并在其表面连接叶酸分子赋予其靶向性。并将该体系用于可控共载抗肿瘤药物阿霉素（DOX）和喜树碱（CPT）。研究结果表明，纳米GO（NGO）可被细胞吸收但没有明显的细胞毒性，对一些芳香类的小分子药物具有超强的吸附能力，DOX 在NGO 上的载药率高达400%，远高于一般纳米材料载体，非常适合作为靶向药物输运的载体。更重要的是，通过制备叶酸修饰的NGO（FA-NGO），并在FA-NGO 表面可控共载DOX 和CPT，实现了抗癌药物可控联合装载和生物靶向输运，并且在体外实验中表现出比单一载药更高的抗肿瘤效应。
    （2）PEI 修饰的GO 用于核酸与药物的联合递送：通过聚乙烯亚胺（PEI）共价修饰，制备了带正电的GO-PEI 交联物，该体系可有效递送不能被机体摄取的核酸物质进入细胞。该体系具有较低的细胞毒性以及递送siRNA 表现出更高的基因沉默效率（相比于PEI 25K）。表明：GO-PEI 联合递送Bcl-2 siRNA 与DOX表现出明显的协同抗癌效应。
    （3）GO 量子点的制备及其细胞成像：通过化学氧化的方法，制备了具有荧光的氧化石墨烯量子点（GQD），AFM 的结果表明GQD 由大小为10 nm 左右的单层氧化石墨构成。HR-TEM 表明GQD 具有石墨的晶体结构。GQD 在365 nm光照射下发出黄绿色荧光。所制备的GQD 表现出低毒性和优良的生理稳定性。
     本研究首次表明GQD 可有效被HeLa 细胞摄取，确证了GO 可有效穿越细胞膜进入细胞，并有可能成为一种新型纳米生物成像材料。
     总而言之，本研究工作通过药剂学、材料学、分子生物学等手段的交叉应用，利用GO 作为递送载体通过联合载药和靶向治疗有效的克服临床治疗癌症中耐药性和毒副作用等问题，也制备出在生物成像中有着重要应用价值的低毒GQD。本博士论文中所描述的实验方法和结果为GO 在生物医学方面的广泛应用提供了重要基础和依据。