基于耗散粒子动力学靶向纳米粒子绑定和吸收的研究

发布时间：2017-09-30 01:20

  本文关键词：基于耗散粒子动力学靶向纳米粒子绑定和吸收的研究

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【摘要】：近年纳米粒子作为运载平台、检测媒介和治疗剂在生物医学领域发展迅猛。纳米药物载体经靶向基团修饰后可实现靶向药物给药,并且运载DNA到细胞核的效率是聚乙烯胺的八倍。在生物医药学中,设计功能性的纳米粒子以及如何通过优化纳米粒子形状、尺寸和材料特性来提高纳米药物的效率一直是科学家研究的重心。因此探索纳米粒子在血液中与血管内壁细胞的绑定和纳米粒子在内环境中的吸收对新药物的开发和优化有着重要意义。本文基于分子动力学原理和介观动力学角度,通过耗散粒子动力学仿真力场(Dissipative Particle Dynamics)描述,对纳米粒子的绑定和吸收机理进行了模拟分析。纳米药物在目标生物体内环境中的作用过程分为吸附、穿透生物膜和释放药物三个过程。在穿透生物膜的过程中,往往会对细胞膜造成巨大伤害,并且细胞膜穿透的成功率不足70%。本文分析研究了多种不同长度和排列的纳米药物表面的配体对脂质生物膜穿透性的影响。通过测量绑定时间,包裹率和穿透概率等参数,在模拟过程中观察不同配体结构的纳米药物对脂质生物膜结构稳定性的影响。通过分析后发现带状纳米药物结构可控制纳米药物的转动,大大降低纳米药物对细胞膜的伤害。通过对比后发现链长比的增加促进穿膜稳定性,进而优化获得最佳带状配体链结构,得出体系的稳定能量状态:转动角度小于5%。同时发现Janus带状纳米药物穿膜成功率提升至100%。在研究纳米药物吸附血管内壁的机理中,探索了在剪切流作用下纳米药物与细胞表面受体绑定的仿真过程。模拟计算不同纳米药物配体成分、细胞受体的绑定能以及绑定时间等参数之间的关系。在模拟过程中观察发现随绑定能的增加绑定时间缩短;尺寸较大的球状纳米药物和蠕虫状纳米药物比较小球状纳米药物运动更加规律,绑定时间短,绑定效率高;蠕虫状纳米药物横纵比的增加可提高纳米药物绑定能力。而剪切流在0s-1到2000s-1的范围,血管内壁以上20nm的区域,2nm-6nm的纳米药物绑定基本不受剪切流影响。同时对所计算出的所有数据进行了统计分析,说明了数据的合理性。
【关键词】：分子动力学模拟 细胞膜 耗散粒子动力学 纳米粒子绑定
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R943;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 生物膜的结构与功能11-14
• 1.2.1 生物膜的结构11
• 1.2.2 生物膜主要成分11-12
• 1.2.3 生物膜流动性12-14
• 1.3 纳米药物对细胞的影响14-16
• 1.3.1 纳米药物的摄入过程14-15
• 1.3.2 纳米药物的毒性15
• 1.3.3 纳米颗粒导致膜结构的变化15-16
• 1.4 国内外研究现状16-17
• 1.5 本文主要工作17-19
• 第二章 分子动力学模拟技术19-32
• 2.1 基本理论19-20
• 2.2 分子动力学计算方法20-29
• 2.2.1 力场20-24
• 2.2.2 周期性边界条件24-25
• 2.2.3 位置积分法25-29
• 2.2.4 邻居列表29
• 2.3 耗散粒子动力学基本原理29-31
• 2.3.1 耗散粒子动力学理论29-30
• 2.3.2 磷脂耗散粒子动力学模拟方法30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 纳米粒子绑定机理的分子动力学模拟方案32-37
• 3.1 血流中纳米粒子与血管内壁的吸附过程32-35
• 3.1.1 模型建立32-33
• 3.1.2 参数设置33-35
• 3.2 纳米粒子的摄入过程35-36
• 3.2.1 模型建立35-36
• 3.2.2 参数设置36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 纳米粒子与血管内壁绑定机理分析37-45
• 4.1 剪切流影响下的纳米粒子绑定过程37
• 4.2 绑定能对绑定过程的影响37-39
• 4.3 剪切流对绑定过程的影响39-40
• 4.4 纳米粒子的尺寸对绑定过程的影响40-41
• 4.5 形状对纳米粒子绑定过程的影响41-43
• 4.6 统计分析43
• 4.7 本章小结43-45
• 第五章 纳米粒子的细胞吸收过程分析45-56
• 5.1 模型的准确性判定45-46
• 5.2 亲水纳米粒子的吸附46-48
• 5.3 憎水纳米粒子的吸收48-50
• 5.4 纳米粒子主动旋转对细胞膜的影响50-51
• 5.5 不同形状的纳米粒子的吸附和吸收51-52
• 5.6 混合纳米粒子的穿透过程52-53
• 5.7 Janus纳米粒子的穿透过程53-54
• 5.8 本章小结54-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 6.1 本文总结56-57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果64-65

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本文编号：945329