碳纳米材料由于其独特的物理结构和潜在的化学性质,在多个领域引起了科研工作者们的极大兴趣,纳米微粒可以在生物体内运载药物分子,尤其是碳纳米管的中空结构更有利于药物分子的运输。同时,纳米材料的官能化,例如,在富勒烯的表面或碳纳米管表面引入-OH、-COOH、-NH₂等官能团或者引入带有芳香环的侧链都会增加纳米材料的新功能,改善周围的亲水-疏水环境。与传统的宏观材料相比,纳米材料具有众多的功能化优势。纳米科学和其它的学科形成的交叉领域成为了新兴研究领域的重点。在生物医学领域中,应用最为广泛的纳米材料是富勒烯及富勒烯的衍生物。例如,HIV蛋白酶的新型抑制剂是具有良好抑制效果的富勒烯衍生物。在此研究的基础上,有实验报道了几种有官能化侧链的富勒烯衍生物对乙酰胆碱酯酶具有良好的抑制效果。与此同时,乙酰胆碱酯酶（AChE）又是一种重要的酯酶,在中枢神经系统中起着关键的生物学作用。虽然在传统的宏观实验中表明,一些富勒烯衍生物可作为新型的纳米级别的AChE的强效抑制剂,但在分子层面的具体抑制机制尚不清楚。所以在本文中,我们采用了几种分子模拟手段,如分子对接,分子动力学模拟和计算结合自由能等方法,用于研究富勒烯衍生物与AChE的结合模式和抑制机制。结果显示,富勒烯抑制剂通过与外周阴离子位点（PAS）区域结合而阻断底物的进入,一方面,通过结合自由能的计算可知保守残基的强疏水相互作用导致抑制剂向峡谷区域移动。另一方面,抑制剂与Ωloop上的Tyr72,Asp74,Leu76和酰基口袋上的Trp286,Leu289,Pro290,Ser293的相互作用,抑制剂的运动拉动Ωloop和酰基袋与其一起移动。因此,富勒烯衍生物主要表现出的是竞争性抑制。在不同的单侧链富勒烯衍生物与AChE的体系中,富勒烯的主体与AChE的相互作用能力似乎是相同的。但是富勒烯衍生物的抑制能力可能与侧链的长度或芳香性有关。具有多羟基侧链的抑制剂显示出了非常大的静电相互作用,因为它与AChE形成较多的氢键。此外,富勒烯衍生物可能通过影响它们周围的一些二级结构而表现出非竞争性抑制。因此,这些二级结构的破坏可导致一些重要区域的构象变化,例如催化三联体和酰基口袋。此外,我们还使用分子动力学模拟等方法考察了碳纳米管以及添加疏水基团（-NH₂）和亲水基团（-OH）的碳纳米管对乙酰胆碱酯酶的抑制效果的影响。研究发现了,疏水基团（-NH₂）和亲水基团（-OH）的加入,改变了酶的亲-疏水环境,使抑制剂更加深入的嵌入活性区域。通过结合自由能的计算,我们还发现Tyr72,Asp74,Leu76的分解自由能贡献较大,而这些残基都位于Ωloop上,表明Ωloop与抑制剂共同作用,阻断底物的进入。从而拥有较好的抑制效果。综上两个方面,利用分子动力学模拟等手段研究纳米材料在生物体系中的应用机理,对碳纳米材料的生物医学应用和改进具有理论指导意义。