石墨烯及其衍生物具有良好的物理化學特性和生物學性能，能促進干細胞增殖及成骨分化，具有抗菌性和載藥緩釋性，在骨科生物材料領域應用前景廣泛。本文主要介紹石墨烯納米復合材料應用于骨組織工程支架、骨修復及骨植入材料等方面的研究進展，以期為今后的基礎及臨床研究提供可取信息。
引用本文： 趙維康, 張施洋, 陽淇名, 蔣電明. 石墨烯及其衍生物納米復合材料在骨科應用的研究進展. 生物醫學工程學雜志, 2016, 33(3): 604-608. doi: 10.7507/1001-5515.20160101 復制
引言
石墨烯材料泛指與石墨烯(graphene，GNS)相關的、不多于10個碳原子層的二維碳材料,主要包括石墨烯及其衍生物[1]。2004年英國曼切斯特大學科學家Novoselov等[2]通過微機械力剝離制備了石墨烯，它是一種由碳原子以 sp2 雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。由于石墨烯非常穩定的晶格結構，它具有高機械強度、高比表面積、高導電、高導熱、低密度等物理化學特性[3]。
氧化石墨稀(graphene oxide,GO)是石墨烯的重要衍生物，是指在石墨烯中至少有一個碳原子層的表面和邊界連接有含氧官能團(基團)的一種二維碳材料。還原氧化石墨烯(reduced oxide graphene,RGO)是指通過化學或熱處理等方法，不完全去除石墨烯中的含氧官能團(基團)后得到的一種二維碳材料。功能化石墨烯(functionalized graphenes)是指在石墨烯中含有異質原子/分子(如氫、氟、含氧基團等表面修飾成鍵，氮、硼等元素替位摻雜，異質原子/分子插層等)的一種二維碳材料[1]。
由于石墨烯及其衍生物具有獨特的物理、化學以及生物學性能，能與其它材料組成性能優異的生物復合材料，因此被廣泛用于腫瘤治療、藥物/基因載體、生物成像和組織工程等生物醫學領域[4-10]。本文主要介紹了石墨烯及其衍生物納米復合材料在骨科應用的研究進展，以期為未來基礎和臨床研究提供可取的信息。
1 石墨烯及其衍生物的特殊生物學性能
1.1 促進細胞增殖和分化
石墨烯較強的非共價結合能力使它可以作為成骨誘導劑富集平臺，從而促進骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化[11]。石墨烯對成骨細胞沒有毒性，能提高成骨細胞的附著和增殖[12]。Elkhenany等[13]從山羊骨髓分離間質干細胞，然后置于不加入任何激素和生長因子的石墨烯培養基中，發現石墨烯能促進山羊骨髓間質干細胞的增殖和成骨分化。
Nishida等[14]用大鼠皮下植入實驗評估了不同濃度GO涂層膠原支架材料的生物活性，低濃度的GO涂層可促進細胞生長和支架材料的生物降解，而高濃度的GO涂層則會引起不良的生物學效應。Talukdar等[15]進行體外標記骨髓間質干細胞培養條件的研究，發現低于50 mg/mL的石墨烯可以被視為安全濃度。不同的石墨烯材料對骨髓間充質干細胞成骨分化有不同影響，Kumar等[16]將聚乙內酯(polycaprolactone,PCL)分別與GO、RGO和胺功能化石墨烯(amine-functionalized GO,AGO)組成復合材料，進行三組復合材料體外培養干細胞實驗比較，結果顯示，AGO組和GO組能顯著增加骨髓間質干細胞增殖，AGO組更能有效促進干細胞成骨礦化。
1.2 抗菌性
石墨烯材料能通過破壞大腸桿菌細胞膜的完整性，從而殺滅大腸桿菌[17]。Tang等[18]將GO與銀納米粒組成GO-Ag復合材料，抗菌性研究發現GO-Ag復合物能抑制金黃色葡萄球菌細胞分裂、破壞大腸桿菌細胞壁的完整性。
不同的石墨烯材料的抗菌性存在差異。Kumar等[16]將PCL分別與GO、RGO和AGO組成復合材料進行抗菌性實驗，AGO組的抗菌性最強。綜合分析三組復合材料的干細胞生長反應，并改進材料模量和生物膜抑制等因素，發現AGO組復合材料性能更優，更適合用作骨科材料。
1.3 載藥緩釋性
由于石墨烯片層可形成一個大π鍵，其大比表面積和平面結構能夠通過非共價鍵作用負載藥物分子，提高載藥量。La等[19]在鈦(Titanium，Ti)基板自組裝帶正電荷(GO-NH3+)和負電荷(GO-COO-)的GO片，并將骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein-2，BMP-2) 裝在Ti基板的GO涂層上，GO涂層能持續大量地釋放BMP-2，實驗表明GO是BMP-2釋放的有效載體；與純的Ti基板比較，在Ti/GO-基板上體外培養結果顯示，骨髓間充質干細胞成骨細胞分化程度較高，在植入顱骨缺損的小鼠體內8周后，Ti/GO-/BMP-2植入物的一組顯示有更多新骨形成。
殼聚糖與GO形成的納米復合材料具有較好的生物相容性和載藥緩釋性。Justin等[20]通過溶液澆鑄法制備含GO質量百分比分別為0.25%、0.5%、1%、2%、5%的殼聚糖復合材料，研究發現復合材料的楊氏模量、斷裂伸長率和抗拉強度均增強，其中含GO質量百分比為2%的復合材料具有最優的藥物負載能力和機械性能。當復合材料中的藥物與GO比例為0.84∶1時，是快速釋放藥物的最優比例，同等情況下藥物在中性環境比在酸性環境中多釋放48%，表現出對pH值敏感的功能型釋放。
2 石墨烯及其衍生物納米復合材料用于骨科生物材料的新研究
2.1 與生物活性陶瓷形成復合材料
2.1.1 羥基磷灰石
羥基磷灰石(hyroxyapatite，HA)具有特殊的生物活性、生物相容性和骨傳導性，但拉伸強度和斷裂強度較差，限制了其作為骨科材料的實際應用。以石墨烯作為增強材料,可改善HA的力學性能。Fan等[21]等采用一步水熱法合成GNS-HA納米棒，其硬度和楊氏模量均得到提高，當納米棒中含HA質量百分比為40%時，表現出更高的骨整合能力、更好的生物相容性及更加優異的骨細胞繁殖誘導能力。實驗研究表明，GNS-HA復合材料還能支持人胚成骨細胞(hFOB1.19) 的增殖分化[22]。
Ramani等[23]采用濕化學沉淀法制備GO-HA復合材料，同時將細菌纖維素(bacterial cellulose,BC)添加到GO-HA材料中，形成GO-HA-BC復合材料，掃描電子顯微圖像顯示BC在GO-HA表面均勻吸附，體外實驗表明GO-HA-BC復合材料是潛在的骨修復材料，未來可應用于體內研究。Ma等[24]將聚乳酸(polylactic acid,PLA)添加到GO-HA中形成PLA-HA-GO復合材料，PLA和HA質量比為9∶1、PLA和GO質量比為20∶1時，HA和GO在PLA中分散均勻,結合較好，成骨細胞在復合膜上吸附牢固，具有良好的生長形態，結果顯示，PLA-HA-GO復合材料為細胞生長提供了接近天然細胞外基質的人造微環境。
2.1.2 生物活性玻璃
生物活性玻璃(bioactiveglass,BAG)具有良好的生物活性，它能夠在植入部位形成與骨和軟組織都良好結合的HA層。在生物活性玻璃中加入石墨烯能增強其電導率且不損害生物活性，同時能提升其力學性能[25]。Gao等[26]在nano-58s生物活性玻璃中加入質量百分比0.5%的石墨烯，復合材料的抗壓強度和斷裂韌性分別增加了105%和38%，最優抗壓強度和斷裂韌性分別達到(48.65±3.19) MPa和(1.94±0.10) MPa，模擬體液和細胞實驗顯示該復合材料保持了良好的生物活性和相容性。Porwal等[27]將45S5生物活性玻璃(45S5Bioglass)與石墨烯納米片(graphene nanoplatelets,GNP)(體積百分比分別是1%、3%、5%)采用等離子放電燒結形成復合材料，實驗顯示當GNP體積百分比為5%時，復合物導電率最高，達到13 s/m，比純的45S5Bioglass高9個數量級。X射線衍射分析顯示復合物表面有菜花狀的HA形成，未來可作為骨再生支架材料開發。
2.1.3 硅酸鈣
硅酸鈣(CaSiO3，CS)是骨組織工程的生物活性材料，但在承載條件下CS的韌性較低。Shuai等[28]采用激光燒結制備GO-CS復合材料，GO像章魚的長直觸須一般嵌入陶瓷材料的基體，增強了材料的力學性能。Xie等[29]分別制備了含GO質量百分比為0.5%、1.5%和4%的GO-CS涂層復合物，該復合物與金屬基材結合強度高，耐磨性增強，有利于承重植入材料與組織之間穩定結合，其中1.5%的GO-CS涂層復合物比其它比例有更好的細胞黏附性。Mehrali等[30]添加RGO到純CS中，復合材料的硬度增加最大達40%、彈性模量增強52%、斷裂韌性增大123%，實驗顯示人成骨細胞能在RGO-CS表面黏附和增殖，未來可作為骨植入物材料。
2.2 與天然高分子材料形成復合材料
2.2.1 殼聚糖
殼聚糖(chitosan)具有較好的生物相容性和生物活性。Depan等[31]利用GO的羧基與殼聚糖的氨基縮合反應形成了網狀結構支架材料，該材料具有高保水能力、親水性、多孔結構，有助于介質流動和細胞黏附，種子細胞能滲透到支架孔內，促進細胞附著和增殖，并提高對酶降解的穩定性。Dinescu等[32]在殼聚糖中分別加入質量百分比為0.5%和3%的GO，以提高材料的機械性能，并改進孔隙形成，通過評價細胞相容性和細胞代謝活性以及增殖能力，發現含3% GO的復合材料性能較好，可作為骨組織工程三維支架材料，下一步可在體內外進行成骨和骨修復研究。
2.2.2 明膠
明膠(gelatin)來自膠原蛋白的部分水解，具有良好的生物降解性和生物相容性。Liu等[33]將GO與明膠組成復合物，能促進MC3T3-E1細胞成骨分化，通過掃描電子顯微鏡觀察和茜素紅染色進行礦化評價，發現產生骨樣基質沉積，其中明膠增強了石墨烯和鈣離子的相互作用，促進了HA的成核。
2.3 與合成高分子材料形成復合材料
2.3.1 高分子量聚乙烯
高分子量聚乙烯(ultrahigh molecular weight polyethylene，UHMWPE)具有良好的耐磨性、抗腐蝕性和抗沖擊韌性，但UHMWPE的表面硬度偏低，抗蠕變性能較差，會產生聚乙烯磨屑碎片，進而引起骨質溶解，限制了其作為人工骨關節材料的使用[34]。Lahiri等[35]將GNP作為增強材料加入到UHMWPE中，采用靜電噴涂方法合成UHMWPE-GNP復合膜，當加入GNP的質量百分比為0.1%，復合膜的斷裂韌性和拉伸強度達到最大的改善，分別增強54%和71%。Chen等[36]在UHMWPE中加入質量百分比為1%的GO，增加了UHMWPE的硬度，其屈服強度也略有提高，復合材料機械性能和生物相容性均提高，今后有望作為人工關節材料展開更多研究。
2.3.2 聚乙烯醇
聚乙烯醇(poly-vinyl alcohol,PVA)具有良好的生物相容性、可降解性和機械性能，親水性較好，但細胞親和力很弱，它通常是與其它材料組成復合材料植入體內。Qi等[37]用靜電紡絲法制備含GO的PVA復合支架，GO和PVA相互作用增強了支架的力學性能，GO的加入有利于成骨細胞在支架表面生長和黏附，當復合支架中GO質量百分比低于1%，復合材料的拉伸強度和彈性模量增加，但當比例增加到3%、5%時，復合材料的拉伸強度和彈性模量卻在減少，實驗顯示PVA-GO納米復合材料在骨組織工程支架和藥物載體方面有一定的應用潛能。
2.3.3 聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥
聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(poly-methyl methacrylate,PMMA)被廣泛用于全關節置換，但與相鄰骨不能形成很好的骨結合是它的一個顯著缺點。Gonalves等[38]將0.5%的GO作為補強劑加入PMMA-HA骨水泥中，GO對細胞功能和力學性能的提高產生了重要作用，實驗顯示新材料有較好的誘導磷酸鈣層生長的能力，材料的力學性能顯著提升，細胞的存活率得以提高，并在水泥盤表面廣泛生長，新配方的骨水泥能增強與鄰骨的結合力。
3 展望
綜上所述,石墨烯及其衍生物具有良好的物理化學和生物學性能，能促進骨髓間質干細胞的增殖、黏附及成骨分化，具有載藥緩釋性和抗菌性，能與不同材料形成納米復合材料，用于骨組織工程支架、藥物載體、骨修復和骨植入物材料等，已成為近年來的研究熱點，也展現了其在醫學領域的良好應用前景。但目前還存在諸多需要解決的問題，如石墨烯的長期毒性和降解性能等尚需進一步研究。目前石墨烯納米復合材料在骨科的應用還處于體外實驗和動物實驗階段，需要進一步開展體內試驗研究，相信不久的將來，石墨烯及其衍生物納米復合材料作為骨科應用材料的研究會有突破性進展。
引言
石墨烯材料泛指與石墨烯(graphene，GNS)相關的、不多于10個碳原子層的二維碳材料,主要包括石墨烯及其衍生物[1]。2004年英國曼切斯特大學科學家Novoselov等[2]通過微機械力剝離制備了石墨烯，它是一種由碳原子以 sp2 雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。由于石墨烯非常穩定的晶格結構，它具有高機械強度、高比表面積、高導電、高導熱、低密度等物理化學特性[3]。
氧化石墨稀(graphene oxide,GO)是石墨烯的重要衍生物，是指在石墨烯中至少有一個碳原子層的表面和邊界連接有含氧官能團(基團)的一種二維碳材料。還原氧化石墨烯(reduced oxide graphene,RGO)是指通過化學或熱處理等方法，不完全去除石墨烯中的含氧官能團(基團)后得到的一種二維碳材料。功能化石墨烯(functionalized graphenes)是指在石墨烯中含有異質原子/分子(如氫、氟、含氧基團等表面修飾成鍵，氮、硼等元素替位摻雜，異質原子/分子插層等)的一種二維碳材料[1]。
由于石墨烯及其衍生物具有獨特的物理、化學以及生物學性能，能與其它材料組成性能優異的生物復合材料，因此被廣泛用于腫瘤治療、藥物/基因載體、生物成像和組織工程等生物醫學領域[4-10]。本文主要介紹了石墨烯及其衍生物納米復合材料在骨科應用的研究進展，以期為未來基礎和臨床研究提供可取的信息。
1 石墨烯及其衍生物的特殊生物學性能
1.1 促進細胞增殖和分化
石墨烯較強的非共價結合能力使它可以作為成骨誘導劑富集平臺，從而促進骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化[11]。石墨烯對成骨細胞沒有毒性，能提高成骨細胞的附著和增殖[12]。Elkhenany等[13]從山羊骨髓分離間質干細胞，然后置于不加入任何激素和生長因子的石墨烯培養基中，發現石墨烯能促進山羊骨髓間質干細胞的增殖和成骨分化。
Nishida等[14]用大鼠皮下植入實驗評估了不同濃度GO涂層膠原支架材料的生物活性，低濃度的GO涂層可促進細胞生長和支架材料的生物降解，而高濃度的GO涂層則會引起不良的生物學效應。Talukdar等[15]進行體外標記骨髓間質干細胞培養條件的研究，發現低于50 mg/mL的石墨烯可以被視為安全濃度。不同的石墨烯材料對骨髓間充質干細胞成骨分化有不同影響，Kumar等[16]將聚乙內酯(polycaprolactone,PCL)分別與GO、RGO和胺功能化石墨烯(amine-functionalized GO,AGO)組成復合材料，進行三組復合材料體外培養干細胞實驗比較，結果顯示，AGO組和GO組能顯著增加骨髓間質干細胞增殖，AGO組更能有效促進干細胞成骨礦化。
1.2 抗菌性
石墨烯材料能通過破壞大腸桿菌細胞膜的完整性，從而殺滅大腸桿菌[17]。Tang等[18]將GO與銀納米粒組成GO-Ag復合材料，抗菌性研究發現GO-Ag復合物能抑制金黃色葡萄球菌細胞分裂、破壞大腸桿菌細胞壁的完整性。
不同的石墨烯材料的抗菌性存在差異。Kumar等[16]將PCL分別與GO、RGO和AGO組成復合材料進行抗菌性實驗，AGO組的抗菌性最強。綜合分析三組復合材料的干細胞生長反應，并改進材料模量和生物膜抑制等因素，發現AGO組復合材料性能更優，更適合用作骨科材料。
1.3 載藥緩釋性
由于石墨烯片層可形成一個大π鍵，其大比表面積和平面結構能夠通過非共價鍵作用負載藥物分子，提高載藥量。La等[19]在鈦(Titanium，Ti)基板自組裝帶正電荷(GO-NH3+)和負電荷(GO-COO-)的GO片，并將骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein-2，BMP-2) 裝在Ti基板的GO涂層上，GO涂層能持續大量地釋放BMP-2，實驗表明GO是BMP-2釋放的有效載體；與純的Ti基板比較，在Ti/GO-基板上體外培養結果顯示，骨髓間充質干細胞成骨細胞分化程度較高，在植入顱骨缺損的小鼠體內8周后，Ti/GO-/BMP-2植入物的一組顯示有更多新骨形成。
殼聚糖與GO形成的納米復合材料具有較好的生物相容性和載藥緩釋性。Justin等[20]通過溶液澆鑄法制備含GO質量百分比分別為0.25%、0.5%、1%、2%、5%的殼聚糖復合材料，研究發現復合材料的楊氏模量、斷裂伸長率和抗拉強度均增強，其中含GO質量百分比為2%的復合材料具有最優的藥物負載能力和機械性能。當復合材料中的藥物與GO比例為0.84∶1時，是快速釋放藥物的最優比例，同等情況下藥物在中性環境比在酸性環境中多釋放48%，表現出對pH值敏感的功能型釋放。
2 石墨烯及其衍生物納米復合材料用于骨科生物材料的新研究
2.1 與生物活性陶瓷形成復合材料
2.1.1 羥基磷灰石
羥基磷灰石(hyroxyapatite，HA)具有特殊的生物活性、生物相容性和骨傳導性，但拉伸強度和斷裂強度較差，限制了其作為骨科材料的實際應用。以石墨烯作為增強材料,可改善HA的力學性能。Fan等[21]等采用一步水熱法合成GNS-HA納米棒，其硬度和楊氏模量均得到提高，當納米棒中含HA質量百分比為40%時，表現出更高的骨整合能力、更好的生物相容性及更加優異的骨細胞繁殖誘導能力。實驗研究表明，GNS-HA復合材料還能支持人胚成骨細胞(hFOB1.19) 的增殖分化[22]。
Ramani等[23]采用濕化學沉淀法制備GO-HA復合材料，同時將細菌纖維素(bacterial cellulose,BC)添加到GO-HA材料中，形成GO-HA-BC復合材料，掃描電子顯微圖像顯示BC在GO-HA表面均勻吸附，體外實驗表明GO-HA-BC復合材料是潛在的骨修復材料，未來可應用于體內研究。Ma等[24]將聚乳酸(polylactic acid,PLA)添加到GO-HA中形成PLA-HA-GO復合材料，PLA和HA質量比為9∶1、PLA和GO質量比為20∶1時，HA和GO在PLA中分散均勻,結合較好，成骨細胞在復合膜上吸附牢固，具有良好的生長形態，結果顯示，PLA-HA-GO復合材料為細胞生長提供了接近天然細胞外基質的人造微環境。
2.1.2 生物活性玻璃
生物活性玻璃(bioactiveglass,BAG)具有良好的生物活性，它能夠在植入部位形成與骨和軟組織都良好結合的HA層。在生物活性玻璃中加入石墨烯能增強其電導率且不損害生物活性，同時能提升其力學性能[25]。Gao等[26]在nano-58s生物活性玻璃中加入質量百分比0.5%的石墨烯，復合材料的抗壓強度和斷裂韌性分別增加了105%和38%，最優抗壓強度和斷裂韌性分別達到(48.65±3.19) MPa和(1.94±0.10) MPa，模擬體液和細胞實驗顯示該復合材料保持了良好的生物活性和相容性。Porwal等[27]將45S5生物活性玻璃(45S5Bioglass)與石墨烯納米片(graphene nanoplatelets,GNP)(體積百分比分別是1%、3%、5%)采用等離子放電燒結形成復合材料，實驗顯示當GNP體積百分比為5%時，復合物導電率最高，達到13 s/m，比純的45S5Bioglass高9個數量級。X射線衍射分析顯示復合物表面有菜花狀的HA形成，未來可作為骨再生支架材料開發。
2.1.3 硅酸鈣
硅酸鈣(CaSiO3，CS)是骨組織工程的生物活性材料，但在承載條件下CS的韌性較低。Shuai等[28]采用激光燒結制備GO-CS復合材料，GO像章魚的長直觸須一般嵌入陶瓷材料的基體，增強了材料的力學性能。Xie等[29]分別制備了含GO質量百分比為0.5%、1.5%和4%的GO-CS涂層復合物，該復合物與金屬基材結合強度高，耐磨性增強，有利于承重植入材料與組織之間穩定結合，其中1.5%的GO-CS涂層復合物比其它比例有更好的細胞黏附性。Mehrali等[30]添加RGO到純CS中，復合材料的硬度增加最大達40%、彈性模量增強52%、斷裂韌性增大123%，實驗顯示人成骨細胞能在RGO-CS表面黏附和增殖，未來可作為骨植入物材料。
2.2 與天然高分子材料形成復合材料
2.2.1 殼聚糖
殼聚糖(chitosan)具有較好的生物相容性和生物活性。Depan等[31]利用GO的羧基與殼聚糖的氨基縮合反應形成了網狀結構支架材料，該材料具有高保水能力、親水性、多孔結構，有助于介質流動和細胞黏附，種子細胞能滲透到支架孔內，促進細胞附著和增殖，并提高對酶降解的穩定性。Dinescu等[32]在殼聚糖中分別加入質量百分比為0.5%和3%的GO，以提高材料的機械性能，并改進孔隙形成，通過評價細胞相容性和細胞代謝活性以及增殖能力，發現含3% GO的復合材料性能較好，可作為骨組織工程三維支架材料，下一步可在體內外進行成骨和骨修復研究。
2.2.2 明膠
明膠(gelatin)來自膠原蛋白的部分水解，具有良好的生物降解性和生物相容性。Liu等[33]將GO與明膠組成復合物，能促進MC3T3-E1細胞成骨分化，通過掃描電子顯微鏡觀察和茜素紅染色進行礦化評價，發現產生骨樣基質沉積，其中明膠增強了石墨烯和鈣離子的相互作用，促進了HA的成核。
2.3 與合成高分子材料形成復合材料
2.3.1 高分子量聚乙烯
高分子量聚乙烯(ultrahigh molecular weight polyethylene，UHMWPE)具有良好的耐磨性、抗腐蝕性和抗沖擊韌性，但UHMWPE的表面硬度偏低，抗蠕變性能較差，會產生聚乙烯磨屑碎片，進而引起骨質溶解，限制了其作為人工骨關節材料的使用[34]。Lahiri等[35]將GNP作為增強材料加入到UHMWPE中，采用靜電噴涂方法合成UHMWPE-GNP復合膜，當加入GNP的質量百分比為0.1%，復合膜的斷裂韌性和拉伸強度達到最大的改善，分別增強54%和71%。Chen等[36]在UHMWPE中加入質量百分比為1%的GO，增加了UHMWPE的硬度，其屈服強度也略有提高，復合材料機械性能和生物相容性均提高，今后有望作為人工關節材料展開更多研究。
2.3.2 聚乙烯醇
聚乙烯醇(poly-vinyl alcohol,PVA)具有良好的生物相容性、可降解性和機械性能，親水性較好，但細胞親和力很弱，它通常是與其它材料組成復合材料植入體內。Qi等[37]用靜電紡絲法制備含GO的PVA復合支架，GO和PVA相互作用增強了支架的力學性能，GO的加入有利于成骨細胞在支架表面生長和黏附，當復合支架中GO質量百分比低于1%，復合材料的拉伸強度和彈性模量增加，但當比例增加到3%、5%時，復合材料的拉伸強度和彈性模量卻在減少，實驗顯示PVA-GO納米復合材料在骨組織工程支架和藥物載體方面有一定的應用潛能。
2.3.3 聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥
聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(poly-methyl methacrylate,PMMA)被廣泛用于全關節置換，但與相鄰骨不能形成很好的骨結合是它的一個顯著缺點。Gonalves等[38]將0.5%的GO作為補強劑加入PMMA-HA骨水泥中，GO對細胞功能和力學性能的提高產生了重要作用，實驗顯示新材料有較好的誘導磷酸鈣層生長的能力，材料的力學性能顯著提升，細胞的存活率得以提高，并在水泥盤表面廣泛生長，新配方的骨水泥能增強與鄰骨的結合力。
3 展望
綜上所述,石墨烯及其衍生物具有良好的物理化學和生物學性能，能促進骨髓間質干細胞的增殖、黏附及成骨分化，具有載藥緩釋性和抗菌性，能與不同材料形成納米復合材料，用于骨組織工程支架、藥物載體、骨修復和骨植入物材料等，已成為近年來的研究熱點，也展現了其在醫學領域的良好應用前景。但目前還存在諸多需要解決的問題，如石墨烯的長期毒性和降解性能等尚需進一步研究。目前石墨烯納米復合材料在骨科的應用還處于體外實驗和動物實驗階段，需要進一步開展體內試驗研究，相信不久的將來，石墨烯及其衍生物納米復合材料作為骨科應用材料的研究會有突破性進展。