蛋白质作为生物体内最重要的组成之一，是一切生命活动的基础。蛋白质功能的发挥离不开与其它分子或界面的相互作用。因此，对蛋白质的识别、吸附机制与稳定性的研究不仅是探索基因调控、免疫反应、信号转导、生物矿化等一系列生命过程的基础，也是促进纳米技术、组织工程以及生物医学等领域发展过程中需要研究及解决的重要问题。例如，蛋白质的分离纯化过程中会面临一些苛刻的工业条件（温度、pH等），为确保蛋白质的结构及功能活性，需要对蛋白质的稳定性进一步认识并设计改造合适的生产材料。同样，在生物医药领域，无论是生物药抑或是化学药，有效的药物输送体系以及靶向释放系统的设计与开发也需要通过对相关材料状态，药物吸附状态以及靶点作用的理论基础研究提供指导。例如，一些聚合物既可以作为药物辅料或输送系统，又可以逆转细胞的多药耐药性、提高药效，其中，材料与蛋白质间的相互作用机理就是进一步设计改造材料的重要基础。此外，在组织替代材料如骨骼、牙齿、皮肤或一些器官的植入过程中，从蛋白质到细胞的吸附与调控也基于生物分子与表面的相互作用这一复杂现象。而不同部位的植入材料对蛋白质的粘附性能要求有很大不同。例如对皮肤、骨骼等移植物来说需要其与肌体具有良好的生物相容性并能通过控制各种材料表面吸附的蛋白质的数量、排列及构象恢复其生理功能;而对血管或眼球等材料则需要具有“去污能力”进而避免蛋白质吸附造成生物污染。这里，溶液环境、蛋白质本身的性质、材料的亲疏水性以及微观结构等都是决定蛋白质吸附性能的重要因素。量子化学计算以及分子模拟在研究生物分子与生物材料的相互作用中具有强大的优势，已经成为了除实验手段以外有力的研究工具。　　本论文利用分子动力学（molecular dynamics，MD）模拟研究了蛋白质分子与不同性质的生物材料之间的相互作用，并对影响相互作用的一些因素进行了详细的探讨。依次选择了包括智能型水凝胶与接枝壳寡糖在内的软物质（高分子）生物材料和硬组织替代材料二氧化钛合金作为研究对象。　　首先研究了抗体类药物与修饰了带电配体的聚乙烯醇水凝胶胶团的相互作用，并对不同pH条件下，蛋白质的稳定性、凝胶的结构以及相互作用受到的影响进行了分析，发现了聚乙烯醇水凝胶对于蛋白质的结构的稳定化作用。接着研究了具有载药功能的水杨酸接枝壳寡糖与多药耐药蛋白P-糖蛋白的吸附位点及作用机理，发现壳寡糖与P-糖蛋白的作用的性质及主要吸附位点。进一步，我们研究了二氧化钛表面亲疏水性对于不同稳定性结构蛋白质吸附的影响，发现了蛋白质在亲水性不同表面的吸附能力及主要原因，并且结构稳定性不同的蛋白质在疏水性表面的不同吸附构象。希望通过以上研究，为蛋白质的纯化分离、药物分子与载药体系的设计、生物材料的开发提供有效的建议。本论文的主要研究成果如下:　　1.通过对不同pH环境下蛋白质与配基修饰凝胶间相互作用能曲线的研究以及模拟轨迹的动画，我们发现水凝胶的存在使蛋白质的结构及蛋白质与配基间的相互作用更加稳定，且在pH较低的时候蛋白质的稳定作用更加明显;修饰了带电配基(EDPW)的水凝胶会对环境pH产生响应，在酸性pH条件下水凝胶收缩，溶剂可及表面积减小，且蛋白质与配基间的特异性相互作用受到抑制。通过这些研究，我们还原了pH敏感型水凝胶在不同pH条件下与蛋白质的作用，并证明了聚乙烯醇良好的生物相容性，以及从分子动力学模拟角度研究智能水凝胶与蛋白质相互作用的可行性。　　2.通过对水杨酸接枝壳寡糖载药体系与P-gp之间相互作用机理的研究，首先，发现在底物结合位点，水杨酸接枝壳六糖的作用模式与疏水性药物一致;第二，水杨酸接枝壳寡糖链与P-gp表面间为非特异性的相互作用，其作用强度与二者的接触面积有关，因此，主要作用区域为表面积和曲率较大的NBD区及其中的ATP结合区;尽管二者之间没有关键残基作用，但P-gp表面亲水性残基与壳寡糖的作用稍强。最后，研究了水杨酸接枝壳寡糖-紫杉醇-P-gp三者的相互作用，发现分散的水杨酸接枝壳寡糖会重新捕获体系中的紫杉醇。据此提出，水杨酸接枝壳寡糖对癌细胞多药耐药性的逆转机理可能为ATP位点干扰、与药物结合使其绕过P-gp排出或影响P-gp变构。　　3.通过对不同电荷羟基化二氧化钛表面蛋白质吸附的能量及蛋白质稳定性研究，发现随着表面亲水性的减弱，蛋白质吸附的强度逐渐增强，且这种影响对稳定性较差的骨形态发生蛋白-2二聚体要大于稳定性较好的乳铁蛋白单体。通过对表面水化层及表面吸附残基的分析，我们发现，亲水性强的表面上水化层更加有序，阻碍了蛋白质与表面的直接作用;而亲水性差的表面上，蛋白质可以通过无序的水化层与表面直接作用，且界面上蛋白质内部疏水性残基的外露带导致蛋白质构象的重排，直接影响蛋白质的稳定性。