铝元素作为一种常见金属，被广泛使用于抗菌剂、食物添加剂、以及烹饪用具之中。研究表明，铝元素能损害人的脑细胞，它是导致淀粉样疾病的一个关键因素，如阿尔兹海默氏病以及帕金森氏病。不幸的是，我们对它潜在的治病机理仍然知之甚少，这从而限制了我们对该病的预防以及治疗。最近，宋波等研究员的发现：水合铝离子通过共价键的形式与肽链骨架上的氨基化合物氮原子以及羰基氧原子形成一个稳定的环状结构，从而对蛋白质产生了不可逆的破坏，导致蛋白质失活。在我们的工作中，我们通过第一性原理(ab initio method)方法研究了铝离子形成的蛋白骨架环状结构(Al-backbone)与带有环状侧链氨基酸(组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸)的作用形式。结果发现，在完全不考虑水分子影响的条件下，Al-backbone可以稳定的吸附在四种氨基酸上面，两者之间形成了一种类倾斜的堆叠形式；一旦引入第一壳层水，铝环结构只能与组氨酸发生很强的作用，这主要归因于二者之间的配位共价键作用，而铝环与其它三种氨基酸是一种以介于cation-π与π-π形式之间的作用形式存在的，因此在水环境的影响下是无法稳定存在的。其中对于这种介于cation-π与π-π的作用形式，我们进行了详细的分析研究。通过差分电荷密度方法证明了二者之间的π-π的作用形式；并分析了正负电荷分布情况进一步验证了还存在着cation-π的作用。该研究有助于提供对铝相关制毒机理的分子研究以及对铝相关疾病的药物设计、污水处理等。