低维纳米材料与生物细胞相互作用模拟分析

发布时间：2020-03-19 07:33

【摘要】：纳米材料的细胞摄取是纳米药物运输与释放的重要环节,研究纳米颗粒与细胞膜及其内外环境的相互作用越来越重要。金纳米颗粒由于其优异的物理化学性质及良好的生物相容性,已经被广泛应用于靶向药物运输、癌症治疗以及生物检测等领域。然而,人们对金纳米颗粒作为载体在微观下的运动机理还没有系统的认识,因此,本论文采用粗粒度分子动力学方法对表面带有配体的金纳米颗粒的细胞摄取过程进行了模拟研究。首先建立了以烷烃为配体的金纳米颗粒的粗粒度模型,配体末端被带正电的粗粒度粒子所取代来模拟功能团的作用。采用了最近被报道的含有63种类型脂质分子的更为真实复杂的细胞膜模型来研究两者的相互作用。模拟结果表明表面带正电的金纳米颗粒可以直接穿过细胞膜,并在穿膜之后贴附在内层膜表面,这与实验现象十分吻合。同时基于简化模型研究了金纳米颗粒与细胞膜之间的相互作用,发现表面带正电的金纳米颗粒只有在一定强度的电场作用下才能穿膜。然后进一步考察了不同表面带电密度的金纳米颗粒与细胞膜之间的相互作用,发现表面带80%左右正电荷的金纳米颗粒具有相对高的穿膜速率和较低的细胞毒性,在纳米级别的药物运输方面具有很好的应用前景。构建了不同长径比的圆柱形金纳米颗粒模型来研究纳米颗粒形状尺寸以及初始位置对其与细胞膜相互作用的影响,发现长径比越大,金纳米颗粒被包裹程度越高,而金纳米颗粒的初始位置对穿膜过程基本没有影响。最后,由于先前研究表明细胞质中含量丰富的谷胱甘肽可以替换掉金纳米颗粒表面带正电荷的配体。考虑了谷胱甘肽的作用之后,本文在上述穿膜的基础上进行了连续的模拟。发现谷胱甘肽对金纳米颗粒在细胞内由穿膜到释放的过程中起到了重要的作用。模拟结果揭示了金纳米颗粒在细胞摄取过程中直接穿过细胞膜并释放到细胞内部的运动机理。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R318

【参考文献】