DNA非均匀功能化纳米粒子的可编程自组装行为

DNA非均匀功能化纳米粒子作为一种可编程原子等价物,在多层次自组装结构领域具有重要的应用前景。构建了DNA非均匀功能化纳米粒子的粗粒化模型,并利用分子动力学模拟其自组装过程。通过计算机模拟发现,互补DNA序列间发生杂化反应,纳米粒子形成三维网络状和支化超结构;通过构建纳米粒子自组装结构的几何模型,能够正确预测纳米粒子之间的相对位置及其分布;通过调节互补的DNA功能化纳米粒子的化学计量比,显著地改变了自组装超结构和动力学行为。     

功能化纳米粒子作为药物载体的研究

将合成的含有羧基侧基官能团的己内酯类聚合物, 用溶剂挥发与超声乳化相结合的方法制备成表面可供修饰的纳米粒子. 利用扫描电镜(SEM)研究了纳米粒子在水溶液中的形态. 使用5-氟脲嘧啶(5-FU)作为模型药物制备了载药纳米粒子, 利用紫外分光光度计法、差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射法(XRD)研究了纳米粒子的载药及释放性能. 研究表明, 载药纳米粒子可以控制5-FU的释放速率. 释放时间可持续至96 h 以上, 符合Higuchi 动力学方程.     

多嵌段共聚物/纳米粒子杂化多级结构的光学性能

结合耗散粒子动力学模拟和时域有限差分方法,研究了A(BC)_n多嵌段共聚物和纳米粒子共混体系的自组装行为及其光学性能,分析了纳米粒子体积分数和嵌段间相互作用强度对自组装形貌及其光学性能的影响。结果表明,A(BC)_n多嵌段共聚物/纳米粒子共混体系可形成有机/无机杂化的多级结构,改变纳米粒子的体积分数和嵌段间相互作用强度可以调控纳米粒子的分布及其相应的多级结构。不同尺度的结构对不同频率光的反射作用有明显区别,而纳米粒子的加入显著增大了反射峰的强度和宽度。改变纳米粒子的分布可调控反射峰的强度和宽度。     

高分子纳米复合材料拉伸及压缩的分子动力学模拟

利用高分子-纳米粒子粗粒化模型,对高分子纳米复合材料(polymer nano-composites,PNC)的拉伸、压缩及平衡态过程进行分子动力学模拟研究.通过模拟PNC的拉伸及压缩过程,研究纳米粒子大小、质量分数对PNC力学性能的影响及拉伸、压缩过程中PNC体系微观交联网络的变化.在纳米粒子表面积或质量分数相同的情况下,小尺寸纳米粒子对PNC的力学性能增强效果更显著.对于含有质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC体系,随纳米粒子质量分数增加,其力学性能增强,但增强程度逐渐减弱,且对于拉伸过程的材料增强效应,纳米粒子的质量分数存在最优值.在PNC体系中存在高分子-高分子(polymer-polymer)、高分子-纳米粒子(polymer-NP)2种微观交联网络,拉伸及压缩过程中PNC体系中2种微观交联网络的变化趋势不同,PNC拉伸及压缩产生应力的微观机制也相应有所不同.此外,对含质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC平衡态过程的模拟研究表明,PNC体系中2种微观交联网络的比例直接影响其力学性能的变化,而纳米粒子的聚集则会降低PNC的力学性能增强效果.     

金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟

金纳米粒子除了拥有纳米粒子的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能之外,还有一些特殊性能,如良好的稳定性、抗菌抑菌功能、表面吸收带效应、荧光效应等。量子化学计算方法提供了从分子水平上探究金团簇的催化和反应活性的影响因素,如金团簇的尺寸、形状、电子状态、活性位点的类型和结构等。分子动力学可以更好地模拟纳米粒子与配体和溶剂的相互作用方式,同时给出热力学和动力学行为。耗散粒子动力学等介观模拟方法则被应用到金纳米粒子和聚合物复合体系自组装过程的研究,并可以给出调控自组装结构的有效方案。以高分子与纳米粒子复合物为研究对象,明晰影响复合物结构和性质的主导因素,探索复合物调控机制,提出决定复合物功能的主控因素,进一步理解高分子与纳米粒子复合物的本质,可以为实验上制备、优化新型高分子与纳米粒子复合物材料提供可靠的理论帮助。     

高分子/棒状纳米粒子复合物的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学模拟研究了剪切场下棒状纳米粒子对高分子基体的结构、 动力学和流变性质的影响. 通过比较多种体积分数(0.8%~10%)的纳米复合物及纯熔体的模拟结果发现, 随着纳米粒子的增加, 高分子链的扩散和松弛逐渐受到抑制, 而链尺寸几乎保持不变. 从Weissenberg number(W_i)角度看, 在剪切流场下, 高分子链的结构性质(如归一化的均方回转半径、 回转张量和取向抑制参数)几乎与纳米粒子的体积分数无关, 而高分子链的Tumbling运动受到抑制. 研究还发现, 纳米复合物与纯熔体的剪切黏度曲线趋势基本一致, 即W_i=1将曲线分为平台区和剪切变稀区. 纳米棒的加入仅定量地改变了流体的剪切黏度.     

以第一原理研究二氧化钛纳米粒子热动力学性质(英文)

利用第一原理分子动力学研究了二氧化钛纳米粒子(TiO2)n(n=1～6)的热动力性质.使用分子动力学(molecular dynamics)和火焰算法(FIRE algorithm)获得二氧化钛纳米粒子的最低能量结构,再利用密度泛函理论(density functional theory)进一步计算得到更精确的最低能量结构.研究得到二氧化钛纳米粒子的几何和结构的热力学效应.     

软胶体粒子形成束晶的动力学模拟

利用广义指数模型描述软胶体粒子, 结合分子动力学模拟研究软胶体粒子形成束晶的动力学过程. 通过等温压缩和等密度降温2个不同的过程, 研究了束晶形成过程中结构变化特征和动力学路径对结构的影响规律. 研究发现, 与蒙特卡洛模拟结果相比, 分子动力学模拟得到的结构随着密度的变化有明显的迟滞现象, 这是由于考虑了真实的动力学因素引起的差异. 此外, 在相同温度和压力下通过不同的动力学路径得到的相结构不完全相同, 这是由于动力学形成过程会对相结构产生很大的影响.     

纳米粒子填充聚合物体系中凝聚结构和渗流转变的分子动力学模拟

通过粗粒化模型,采用分子动力学模拟的方法研究了纳米粒子填充聚合物体系中粒子的凝聚过程.结果表明:纳米粒子和基体粒子间的相互作用决定了团聚体的结构,且作用力越大则团聚体的分形维数越高,当粒子的相互作用强度(εNP)为1.0时,模拟体系中团聚体的分形维数为2.05,与聚酰亚胺炭黑体系透射电镜照片结果一致.对渗流过程的模拟结果表明,相互作用力的增大会导致渗流时间的增加,渗流转变速率减慢,与动态电渗流实验的实测结果相符合.     

基于GROMACS软件的本科生酶工程创新实验项目设计*——微生物谷氨酰胺转胺酶在水溶液中的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟软件GROMACS设计了微生物谷氨酰胺转胺酶在不同温度水环境下的分子动力学模拟实验,通过计算模拟过程中酶蛋白主链动力学,分子内氢键数目,回转半径以及溶剂可接触表面积的变化,分析温度对酶的结构与功能造成的影响。该模拟实验可帮助学生:(1)掌握蛋白质分子在水溶液中动力学模拟的方法;(2)理解温度对酶结构稳定性和活性造成的影响;(3)了解分子运动特性的生物学的意义;(4)学习酶工程研究的新手段。     

两端系留纳米粒子聚合物的分子动力学模拟

两端系留纳米粒子聚合物是研究末端对聚合物链弛豫行为影响的优选分子模型.本文构建了两端系留纳米粒子聚合物模型,运用粗粒化分子动力学方法研究了两端系留纳米粒子聚合物的特征温度和弛豫行为,探讨了纳米粒子半径和聚合物链长对玻璃化转变温度、结晶温度和介电性能的影响.研究表明,聚合物两端纳米粒子的存在可延缓聚合物链的弛豫并促进结晶,使两端系留纳米粒子聚合物的玻璃化转变温度和结晶温度均增加.研究结果与相关的实验报道吻合,可加深对两端系留纳米粒子聚合物结构和性能的理解.     

耗散粒子动力学和纳维边界条件在微米纳米流体力学模拟中的应用

耗散粒子动力学是一种粗粒化的计算模拟方法,在微米和纳米流体力学中有着广泛的应用.由于界面在微小体积流体中的重要性,边界条件的选取在微米和纳米流体的研究中起到了关键性的作用.我们简单地介绍了耗散粒子动力学的模拟方法,并以此为基础,介绍了能够实现纳维边界条件的可调滑移长度的边界条件模拟方法.通过条纹状图案修饰的超疏水表面的流体力学行为研究,和高分子链在微米纳米流体器件中的运动研究2个例子,耗散粒子动力学结合纳维边界条件的模拟方法的实用性和可靠性得到了证实.     

高分子/单链高分子纳米粒子复合体系中的界面性质

高分子与纳米粒子复合是改善高分子材料性能的有效途径.近20年来关于高分子/纳米粒子复合物的研究引起了学术界广泛的兴趣.然而由于此类体系中的影响因素复杂,虽然学者们在相关材料性能的研究方面取得了重要进展,但是相关理论的发展却相对滞后,其中一个重要原因是实验上表征手段的缺失,导致对体系中纳米粒子与本体高分子链相互作用规律的认识(尤其是两者界面性质的认识)不够.本文总结和阐述了我们近几年利用分子动力学模拟技术研究高分子/单链高分子纳米粒子复合体系的主要结果,并围绕此类复合体系中的界面结构及动力学性质,讨论并总结了纳米粒子对本体高分子链的作用范围及影响规律,指出单链纳米粒子对熔体链的作用范围与纳米粒子的自身尺寸相当,而与熔体高分子链的分子量没有直接的关系.该结论将为纳米复合体系高分子理论的发展提供重要参考.     

PLGA/O-CMC载药纳米粒子的体外释药行为研究

本文以聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)和自行制备的O-羧甲基壳聚糖(O-CMC)为原料,以5-氟尿嘧啶(5-FU)为抗癌药物模型,采用自身设计的改良复乳法制备了载药纳米微粒。微粒平均粒径为98.5nm,粒径分布指数为0.192,粒子表面∈电位为61．48eV,载药率高达18．9％,包封率为86％。然后用SEM动态监测载药纳米粒子降解过程中表面形貌的变化,并连续追踪粒子降解过程中的质量损失和降解介质的pH变化。载药纳米粒子在PBS中的释药行为研究表明：(1)前12h的释药动力学符合Huguchi方程,具有一级释放特性;(2)在20天内的释药动力学符合零级释放特性。     

分子动力学与第一原理研究二氧化铈(CeO2)n (n=1～5)纳米粒子的结构性质

二氧化铈纳米粒子(CeO2)n(n=1～5)材料为固态氧化燃料电池中的催化剂,因此了解其不同尺寸结构的性质是非常重要的.在本论文中使用分子动力学(molecular dynamics)模拟结合火焰算法(FIRE algorithm)计算得到二氧化铈的最小能量结构.再应用密度泛函理论方法(density functional theory)对这些结构进一步计算,得到更精确的最低能量结构.     

α-环糊精/聚乙二醇自组装超分子纳米药物载体

研究了一种新型超分子纳米药物载体的制备方法及其药物释放性能. 将α-环糊精(α-CD)穿入肉桂酸改性的PEG分子链形成包含复合物(inclusion complex, IC), 通过超分子自组装成为纳米粒子. 将抗肿瘤药物阿霉素负载到纳米粒子中, 研究药物释放行为及其对肿瘤细胞的抑制效果. 以核磁共振(1H NMR)、X射线衍射(XRD)、紫外吸收光谱(UV)、动态光散射(DLS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征了纳米粒子的结构和形貌, 用激光共聚焦显微镜(Confocal)研究了载药纳米粒子在细胞内的分布及其对肿瘤细胞的抑制效果. 结果显示超分子纳米粒子具有很好的生物相容性和药物缓释作用, 载药纳米粒子对肿瘤细胞具有很好的杀伤效果.     

Fe_3O_4/mSiO_2/P(IBA-co-AA)磁性复合粒子的制备及其负载阿霉素体外药效的研究

通过多步反应制备了一种p H响应性磁性介孔二氧化硅纳米复合粒子Fe_3O_4/m Si O_2/聚(丙烯酸异丁酯-co-丙烯酸)(Fe_3O_4/m Si O_2/P(IBA-co-AA)).纳米复合粒子由包覆介孔二氧化硅的Fe_3O_4核和聚(丙烯酸异丁酯-co-丙烯酸)的p H响应性外壳组成.利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)对其结构、物相和性能进行了表征。以抗癌药物阿霉素(DOX)为模型药物,研究了Fe_3O_4/m Si O_2/P(IBA-co-AA)磁性纳米复合粒子在模拟人体环境中的控释行为.选择SMCC7211肝癌细胞为模型细胞,用MTT法研究载药粒子的细胞毒性,并评价载药纳米粒子在细胞中的抗癌效果.结果表明:Fe_3O_4/m Si O_2/P(IBA-co-AA)可作为包载阿霉素的一种新型纳米材料,载药颗粒具有良好的p H响应性,可以有效释放DOX药物来抑制癌细胞的增殖.     

耗散粒子动力学在多组分复杂物系中的应用进展

耗散粒子动力学(DPD)模拟方法是一门新兴的、研究复杂物系介观结构和性质方面最有前途的介观数值模拟技术之一.本文综述了其在包括复杂液体体系、复杂聚合物体系和生物膜等复杂物系中的应用进展,并对其发展方向进行了分析预测.     

基于计算机模拟技术对JAK2抑制剂的定量构效关系、分子设计和分子动力学研究

本文选取了52个对Janus激酶2(JAK2)有抑制作用的小分子化合物,分别使用3D-QSAR中的CoMFA和CoMSIA方法构建了两个可靠的、具有预测能力的模型,并利用分子对接分析数据集化合物与JAK2蛋白的相互作用,表明化合物主要通过氢键和范德华作用与JAK2靶蛋白结合。根据3D-QSAR模型的分析结果,设计了40个化合物,利用构建的模型预测其抑制活性;使用软件预测了化合物的药代动力学(ADME)参数,开展分子对接模拟,最终选择化合物D01和D22与JAK2靶蛋白进行了分子动力学模拟研究,结果显示两个复合物结合构象稳定,与分子对接结果趋势一致。本研究的结果可以为JAK2抑制剂的研发提供一些新的思路,为临床开发此类药物提供理论支撑。     

长径比对椭球粒子液晶行为的影响

利用Gay-Berne模型, 结合分子动力学模拟方法, 研究了粒子长径比对椭球粒子液晶行为的影响, 考察了粒子长径比对向列相和近晶相的影响. 结果表明, 长径比相对较小的粒子有利于向列相的形成, 而长径比相对较大的粒子更有利于近晶相的形成. 分析了近晶相和向列相形成的动力学过程.