综述：明胶整合碳纳米材料在纳米医学中的应用：从生物传感、生物打印到组织工程及其他生物医学领域

（编辑推荐）本综述系统阐述了明胶（Gel）与碳纳米材料（CNMs）复合物的协同优势，其兼具生物相容性、可降解性和纳米材料的高机械强度、大比表面积特性，在癌症治疗、生物打印（3D bioprinting）、组织工程（ECM仿生）、抗菌（antimicrobial）及生物传感（biosensing）等领域展现突破性潜力，为下一代医疗技术开发提供创新思路。

　　

为什么明胶整合碳纳米材料适合生物医学应用？
明胶（Gel）作为胶原衍生物，具有低毒性、低免疫原性和可酶解特性，其精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）肽序列能模拟细胞外基质（ECM）。通过戊二醛、光交联或3D生物打印等技术调控物理化学性质后，明胶 hydrogel 的-NH₂、-COOH等官能团可与碳纳米材料（CNMs）共价结合，形成兼具生物亲和性与纳米特性的复合材料。例如，仅微量石墨烯（graphene）即可将复合物杨氏模量提升10倍。

生物医学应用全景
生物传感：氧化石墨烯（GO）与明胶复合物通过π-π堆叠作用固定核酸探针，其高导电性使电化学传感器检测限低至0.1 pM。碳量子点（CQDs）的荧光猝灭效应结合明胶三维网络，可实现肿瘤标志物可视化检测。
癌症治疗：载药明胶-碳纳米管（CNTs）在近红外光触发下可实现时空控释，对乳腺癌模型抑瘤率达78%。
生物打印：含0.3 wt%石墨烯的明胶墨水显著提升打印结构的拉伸强度（～2.4 MPa），促进成骨细胞定向排列。
组织工程：仿生ECM的明胶-rGO支架使脊髓损伤模型运动功能恢复至BBB评分14.5分，其微孔结构（50-200 μm）引导神经突触再生。

临床转化挑战
碳纳米材料长期滞留可能诱发ROS过量生成，需通过PEG修饰改善代谢途径。欧盟EMA要求明胶-CNTs复合材料需提供28天降解动力学数据，而FDA则按医疗器械III类标准审批其心脏贴片应用。

未来展望
定向功能化碳点（C-dots）与明胶的杂化系统或将突破血脑屏障递药瓶颈。4D打印技术结合温敏明胶-碳材料，可构建动态响应型人工血管。全球市场预计2024年达32亿美元，其中组织工程领域占比超40%，彰显其产业化潜力。