随着经济的发展,全球环境污染愈加严重,癌症的发病率也因此不断上升,癌症已经成为了威胁人类健康的最强杀手。传统的抗肿瘤药物需要达到一定的血药浓度,分布于全身而产生治疗效果,在进行治疗的同时难以避免的会对人体产生副作用。不同于传统的药物,靶向药物可以直接作用于病原细胞处,不仅提高了药物利用率,而且避免了药物对人体的毒副作用,已经成为国内外的研究热点。寻找到合适的药物载体,是设计高效靶向药物的前提。近年来,富勒烯C60凭借其独特的性质,在生物医学领域展现出了广阔的应用前景,被认为是良好的药物载体材料。本文基于密度泛函理论,以抗肿瘤药物硫酸羟脲(HU)为例,详细研究了在气相状态和水溶剂状态下富勒烯C60以及异质富勒烯MC59(M=B、Si、Al)的药物负载特性。主要内容如下:论文首先模拟优化了 B、Si、Al原子替代掺杂富勒烯C60的几何结构,并分析了其电子性质。结果表明,B、Si、Al原子的掺杂使碳笼发生了不同程度的形变,三种异质富勒烯分子均在掺杂原子处向笼外拉伸,且AlC59分子的形变程度要明显高于BC59和SiC59分子。同时,研究了 MC59分子的活性位点和硫酸羟脲分子在MC59上的可能吸附位,通过分析前线分子轨道和静电势图,发现硫酸羟脲分子会优先通过羰基上的O原子吸附到MC59的M原子处。其次,研究了硫酸羟脲分子和富勒烯C60间的相互作用。结果显示,硫酸羟脲分子通过其羟基中的H原子吸附到C60的C原子上方。在HU-C60复合物中,C-H键的键长为2.240 A,并且在气相和水溶剂中硫酸羟脲分子在C60上的吸附能分别为-0.271 eV和-0.163 eV。较大的键长和较弱的吸附能,说明硫酸羟脲分子和C60之间的相互作用较弱,不利于药物在人体内的运输。最后,研究了硫酸羟脲分子和异质富勒烯MC59(M=B、Si、Al)间的相互作用。分析发现,硫酸羟脲分子和异质富勒烯之间存在明显的电荷转移,并且硫酸羟脲分子吸附在三种异质富勒烯上的吸附能均高于1 eV(其中AlC59的吸附能最高),这说明在二者之间存在较强的相互作用。进一步,通过对C60和MC59的灵敏度分析,发现MC59的灵敏度要远高于C60,且BC59分子具有最高的灵敏度。另外,通过对比C60和MC59的溶剂化能发现,MC59分子在水中具有更大的溶解度。综上所述,可知MC59分子比C60分子更加适合作为硫酸羟脲的药物载体,且在三种异质富勒烯中,AlC59具有最高的吸附能和适中的灵敏度,是最适合的药物载体材料。