纳米颗粒-生物界面相互作用研究对纳米颗粒更安全有效地生物医学应用具有重要的作用。该相互作用涉及复杂的物理、化学和生物学过程，是纳米生物学研究的前沿热点问题。生物膜在生物体内无处不在，参与调节各种生物学过程，是一种重要的生物界面。研究纳米颗粒-生物膜相互作用是研究纳米颗粒-生物界面相互作用的重要组成部分。尽管研究生物膜的模型系统多种多样，但基本可以归纳为两类:磷脂单分子层和磷脂双分子层。近年来，随着计算能力的不断提升以及分子模拟和实验的广泛结合，分子模拟已经成为一种研究纳米生物学强有力的工具。本文主要在课题组前期模拟研究工作的基础上，运用粗粒度分子动力学模拟的方法，研究了纳米颗粒与磷脂膜（磷脂单分子层、磷脂双分子层）的相互作用。研究内容概括如下:　　(1)不同理化性质的纳米颗粒与磷脂单分子层的相互作用。　　呼吸治疗相对于全身给药具有较大的优势，极具生物医学应用前景。作为一种高效的药物载体系统，纳米颗粒在输运药物经呼吸道进入肺部、进而参与体内循环等方面颇具潜力。当纳米颗粒经呼吸道进入肺泡时，首先将于肺表面活性剂发生作用。肺表面活性剂是纳米颗粒经肺进入人体的第一道生物屏障，其在维持肺泡正常呼吸力学过程中起着重要的作用。因此了解纳米颗粒与肺表面活性剂的相互作用将有助于推动基于纳米颗粒的呼吸药物载体系统的发展。我们以粗粒度分子动力学模拟为基本研究方法，分别以刚性球形纳米颗粒、不同长径比的刚性柱状纳米颗粒为模型，研究纳米颗粒的亲疏水性、形状对其与DPPC磷脂单分子层（模型肺表面活性剂）相互作用的影响。磷脂单分子层的压缩、扩张分别对应呼气、吸气过程。　　亲疏水性:亲水性纳米颗粒可轻易地跨过磷脂单分子层且不会对其的结构和性质产生明显的影响;而疏水性纳米颗粒往往会引起磷脂单分子层较大的结构扰动，且会抑制界面磷脂分子在压缩过程中正常相转变;疏水性纳米颗粒的这种负面影响可通过亲水分子（如PEG等）的共价修饰得以缓解。此外，结构可伸缩的类球形亲水性纳米颗粒(PAMAM dendrimer)亦会增加其对磷脂单分子层结构和性质的影响。　　形状:在磷脂单分子层扩张过程中，形状效应并不明显;在磷脂单分子层压缩过程中，不同形状的纳米颗粒跨越DPPC磷脂单分子层的能力亦不同，且对单分子层的结构扰动程度存在较大的差别。总体上，棒状纳米颗粒对DPPC磷脂单分子层具有最强的穿越能力和最小副作用。　　(2)不同表面性质的纳米颗粒与磷脂双分子层的相互作用。　　纳米颗粒与磷脂双分子层的相互作用过程得到了广泛的关注。纳米颗粒吸附、嵌入磷脂双分子层是该过程中典型的两种状态。这里，我们着重考查了这两种状态下纳米颗粒对DPPC磷脂双分子层局部性质的影响。我们以粗粒度分子动力学模拟为基本研究方法，利用SLB这一简易模型研究纳米颗粒不同表面电荷性质、加热效应对磷脂双分子层局部性质的影响，利用疏水性纳米颗粒嵌入磷脂双分子层这一体系，研究纳米颗粒的表面性质对磷脂双分子层的主相变温度的影响。　　纳米颗粒吸附磷脂双分子层:纳米颗粒的吸附行为、磷脂分子的扩散能力以及局部的序参数分布等都很大程度上取决于纳米颗粒的表面电荷;加热纳米颗粒将会加剧临近磷脂分子和水分子的热运动，进而影响纳米颗粒的表面电荷对上述性质的调控。此外，我们还发现基底将致使临近基底的磷脂单层中磷脂分子具有更剧烈的热运动但是更差的扩散能力。我们的模拟结果将对纳米颗粒吸附如何影响生物膜的功能以及基于SLB的生物传感器或生物器件的效率。　　纳米颗粒嵌入磷脂双分子层:纳米颗粒的表面粗糙度和表面修饰分子的密度均影响磷脂膜的主相变温度。增加纳米颗粒的表面粗糙度将提升磷脂膜的主相交温度，而增加纳米颗粒表面修饰分子的密度可以先降低后提升磷脂膜的主相变温度。我们的模拟结果很好地解释了最近的一些实验现象，并对纳米颗粒嵌入磷脂膜用于可控药物释放等方面具有启示意义。　　(3) MIM-I-BAR与磷脂双分子层的相互作用。　　纳米量级的I-BAR蛋白结构域参与调控细胞膜的形态及相关的信号转导过程，是一种重要的天然纳米结构。我们基于肿瘤转移缺失蛋白(MIM)的晶体结构解析数据和MARTINI粗粒度蛋白模型，构建了天然纳米结构MIM I-BAR的粗粒度模型，并在此基础上研究了纳米级蛋白MIM I-BAR与DPPC磷脂双分子层（模型细胞膜）的相互作用。研究结果表明:PI(4,5)P2分子可以调控MIM I-BAR对DPPC磷脂双分子层的吸附行为;MIM I-BAR的吸附亦会影响PI(4，5)P2的聚集行为;MIM I-BAR可使DPPC磷脂双分子层发生弯曲;在侧向外力作用下，DPPC磷腊双分子层易向PI(4，5)P2所在一侧发生弯曲，而PI(4，5)P2分子倾向于在DPPC磷脂双分子负弯曲处聚集。因为PI(4，5)P2分子参与生物体内的一些信号转导过程、MIM I-BAR可以吸附于细胞内膜引起膜的负弯曲甚至细胞伪足的产生，我们的模拟结果将对从分子层面上理解这些生物学过程具有积极地指导意义。