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Fe3O4纳米颗粒与磷脂膜相互作用的分子动力学模拟

Fe3O4纳米颗粒与磷脂膜相互作用的分子动力学模拟

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作者：江品哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

FeO磁性纳米颗粒因其优良的性能成为应用于生物医学领域尤其是癌症治疗方面的重要材料,既可作为药物载体靶向输送抗癌药物,又可作为直接杀死癌变细胞的工具。然而,要实现上述功能均要求FeO纳米颗粒首先穿过生物膜的屏障,才能抵达靶细胞... 详细信息

FeO磁性纳米颗粒因其优良的性能成为应用于生物医学领域尤其是癌症治疗方面的重要材料,既可作为药物载体靶向输送抗癌药物,又可作为直接杀死癌变细胞的工具。然而,要实现上述功能均要求FeO纳米颗粒首先穿过生物膜的屏障,才能抵达靶细胞腔隙。因此,本文利用全原子分子动力学方法,旨在从微观角度阐明FeO纳米颗粒与生物膜之间的界面作用机制。生物膜主要由磷脂分子构成,故将其简化为磷脂双层膜(简称磷脂膜)。用作药物载体的纳米颗粒主要为球形,故以球形FeO纳米颗粒作为研究对象,分别建立球形FeO纳米颗粒与磷脂膜的分子模型。FeO纳米颗粒与磷脂膜的相互作用发生在溶液中,溶液中的水分子和离子可能会影响该过程,故本文首先模拟水分子和不同的离子成分与FeO纳米颗粒相互作用过程,探究颗粒的水合界面性能。结果显示FeO纳米颗粒具有亲水性,吸引水分子在其表面形成3个水层,各水层中的水分子取向规律有序,主要呈现出三种姿态,一价、二价阳离子在纳米颗粒表面的吸附强度分别按感胶离子正序和逆序排布。在此基础上深化模拟,动态展现无外力作用下FeO纳米颗粒与磷脂膜的相互作用过程,发现纳米颗粒仅吸附在磷脂膜表面。同时进一步探究FeO纳米颗粒的粒径、浓度、分布、溶液环境对二者相互作用的影响,发现大粒径、高浓度、离子溶液环境均会降低FeO纳米颗粒的吸附深度。为进一步了解纯水环境和Ca Cl溶液中纳米颗粒的吸附强度,将稳定吸附的纳米颗粒以恒速拖离磷脂膜表面,发现由于Ca的桥梁作用,Ca Cl溶液中的纳米颗粒在磷脂膜表面的吸附强度略大于纯水环境中的结果。在了解无外力作用时纳米颗粒与磷脂膜相互作用的基本情况后,对FeO纳米颗粒施加恒外力,模拟其在恒磁引导力作用下与磷脂膜的相互作用过程,发现当外力作用介于磷脂膜弯曲能和溶液对磷脂膜的阻力作用之间时,颗粒可以穿过磷脂膜。在此基础上探究恒磁引导大小、纳米颗粒粒径、溶液离子成分对磷脂膜阻力及纳米颗粒与磷脂膜相互作用的影响。根据纳米颗粒到达靶细胞时具备一定的初速度,模拟具有恒定速度的纳米颗粒与磷脂膜相互作用的过程,发现纳米颗粒的速度和粒径越大,其在穿膜过程中所遇到的阻力越大、对磷脂膜的破坏性越大。

关键词： Fe3O4纳米颗粒磷脂膜分子动力学模拟吸附强度磁引导力

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