基于粗粒化方法纳米颗粒与肺泡表面相互作用的分子动力学模拟研究

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随着纳米技术的不断发展,纳米材料在不同领域得到了广泛的应用,包括化妆品、电子产品到药品,而金纳米粒子具有良好的生物相容性并且比较容易进行表面改性,因此常常被当作药物载体用于肺部疾病的治疗。当金纳米粒子通过呼吸进入肺泡后,会与肺表面活性物质(LS)相互作用,LS是由脂质、蛋白质组成的单层膜,是肺部抵御外来物质的第一道屏障。因此,了解金纳米粒子与LS单层膜之间的相互作用至关重要。尽管目前已经进行了大量的实验研究,但对于分子水平的作用机理依然知之甚少。因此,本文采用粗粒化分子动力学模拟方法,研究了具有不同疏水性金纳米粒子的配体密度、配体长度、核直径对由DPPC、POPG、胆固醇和SP-B多肽组成的单层膜的影响,具体工作如下:(1)根据LS单层的实际结构构建了两种不同状态下的磷脂膜模型(具有不同的初始表面张力),并构建了四种不同形状的金纳米粒子。研究了金纳米粒子与磷脂膜的相互作用,通过分析磷脂分子的有序参数及相互作用能等参数,探讨了金纳米粒子的形状对磷脂膜的生物物理性能的影响。(2)采用聚乙醇配体和硫醇配体对金纳米粒子进行表面改性,通过改变两种配体密度、配体长度、金纳米粒子直径,研究了具有不同亲水性的金纳米粒子与磷脂膜的相互作用以及金纳米粒子渗透穿过磷脂膜的过程,揭示了磷脂膜表面张力、有序参数、磷脂膜组分的密度分布及磷脂分子的径向分布函数等参数对磷脂膜结构及其生物物理性能的影响规律。研究结果表明亲水性金纳米粒子更容易穿过磷脂膜,且增加配体密度及长度可以一定程度上改善纳米粒子对磷脂膜的破坏。(3)通过改变亲水性金纳米粒子的浓度,模拟了不同浓度的金纳米粒子与磷脂膜的相互作用以及穿过磷脂膜的过程,分析了不同浓度的亲水性金纳米粒子对空气-水界面的表面张力、磷脂分子的有序参数及密度分布、磷脂膜流动性以及对磷脂膜中纳米粒子的团簇形成的影响。发现高浓度的金纳米粒子可能破坏肺部正常的生物物理活动,导致空气-水界面的表面张力升高。
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