论文摘要
纳米颗粒因其具有尺寸微小,形状多样,表面活化点多等优点,而被广泛应用于纳米医药、细胞成像、光学探针等诸多领域。近些年来,纳米颗粒作为药物的载体,在癌症的治疗方面发挥着重要的作用。然而,在纳米颗粒发挥作用的同时,某些纳米颗粒具有一定的细胞毒性,会对细胞结构造成不同程度的破坏。纳米颗粒的应用和纳米颗粒与细胞膜之间的相互作用有着密切的关系。因此,全面理解纳米颗粒与细胞膜之间相互作的微观机制,是研发设计更为低毒高效的纳米颗粒的关键。通过在纳米颗粒表面嫁接各种不同性质的生物分子短链是提高纳米颗粒利用效率最为常用的方法。目前已有大量的实验与理论工作对各种类型的纳米颗粒与细胞膜之间相互作用进行了研究。但前人的研究大部分关注于纳米颗粒与电中性膜、单组分膜或单相膜。然而,真实的细胞膜都是由蛋白质与多种组分的脂质分子组成的,不同脂分子之间会发生相分离,形成不同结构的微观畴。比如形成流体有序畴(liquid ordered domain,Lo domain)和流体无序畴(liquid disordered domain,Ld domain)。而人们对纳米颗粒与不同畴结构之间相互作用的微观机制的了解还不够全面。另外,在真实的细胞膜中,除了电中性的脂分子,还存在很多带电的脂分子,它们对纳米颗粒与细胞膜之间的相互作用产生的影响还知之甚少。本文采用粗粒化分子动力学模拟的方法,系统地研究了表面嫁接了不同性质生物分子短链的金纳米颗粒与带电的相分离细胞膜之间的相互作用。我们分别构建了几种不同配体嫁接密度以及不同性质的金纳米颗粒与流体有序畴和流体无序畴分别带电的相分离细胞膜组成的系统,并通过分别计算纳米颗粒分别与不同畴结构的自由能,进一步分析了纳米颗粒与带电细胞膜之间相互作用的微观物理机制。从分子层次上较为详细地揭示了静电作用、疏水作用以及纳米颗粒表面配体的嫁接密度对纳米颗粒与细胞膜之间相互作用的影响。本文的研究结果主要包括如下几个方面:纳米颗粒表面嫁接配体全为正电配体,Lo畴带负电的情况下,三种配体嫁接密度的纳米颗粒均吸附于Lo畴的表面;Ld畴带负电的情况下,配体嫁接密度大的纳米颗粒吸附于Ld畴的表面,配体嫁接密度小的纳米颗粒先吸附后嵌入到Ld畴内。纳米颗粒表面嫁接配体全为负电配体的情况下,无论是Lo畴带负电,还是Ld畴带负电,配体嫁接密度大的纳米颗粒均被排斥吸附于相应的中性畴的表面上;嫁接密度小的纳米颗粒则吸附于脂分子排列较为散乱疏松的两畴交界处的表面上。纳米颗粒表面既嫁接有疏水中性的配体,又嫁接有亲水带正电的配体的情况下,Lo畴带负电时,带电比例高,疏水配体较少的纳米颗粒吸附于Lo畴的表面,带电比例低,疏水配体较多的纳米颗粒则嵌入到Ld畴内;Ld畴带电时,纳米颗粒均吸附并嵌入到Ld畴内。纳米颗粒表面既嫁接有疏水中性的配体,又嫁接有亲水带负电的配体的情况下,无论是Lo畴带电,还是Ld畴带电,带电比例高的纳米颗粒都吸附于两畴交界处的表面上;带电比例低的纳米颗粒嵌入到Ld畴内。此项研究结果为调节纳米颗粒与细胞膜之间相互作用的提供了一种可能的方法。同时,这对于纳米颗粒的设计与应用也具有一定的理论参考意义。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 梁燚然
导师: 梁清
关键词: 细胞膜,相分离,纳米颗粒,分子模拟
来源: 浙江师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 生物学,化学,材料科学,环境科学与资源利用
单位: 浙江师范大学
分类号: X171.5;TB383.1;O641.3
DOI: 10.27464/d.cnki.gzsfu.2019.000247
总页数: 53
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