發(fā)布時間：2021-02-04 19:08

　　石墨烯是一種由平整的單層碳原子密集堆積成二維蜂窩晶格的碳納米材料,具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等特性,在生物醫(yī)藥、材料學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。隨著石墨烯在以上研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其生物安全性問題也備受關(guān)注。盡管有大量研究表明石墨烯的生物相容性較好,但是部分研究卻發(fā)現(xiàn)石墨烯具有一定的生物毒性。石墨烯粒徑小,容易通過皮膚進(jìn)入體內(nèi),可能與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸等生物大分子相互作用。近年來,由于計算機(jī)模擬技術(shù)具有成本低、安全性高、易獲得實(shí)驗(yàn)無法獲取的動態(tài)結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢而被廣泛用于生物、化學(xué)、制藥等領(lǐng)域。本文綜述了石墨烯與細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子相互作用的計算機(jī)模擬研究進(jìn)展,從而評估石墨烯可能存在的生物毒性,為石墨烯的生物安全性評價和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了參考。 

【文章來源】：化工學(xué)報. 2020,71(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：18 頁

【部分圖文】：

石墨烯納米片插入細(xì)胞膜的過程[25]

石墨烯吸附磷脂分子的模擬過程[25]

圖3 石墨烯吸附磷脂分子的模擬過程[25]為了進(jìn)一步說明膜孔形成的機(jī)制，Duan等又計算了石墨烯和細(xì)胞膜之間的范德華力(vd W)，如圖5(a)所示。模擬過程分為三個階段，第一階段，磷脂分子快速地吸附在石墨烯表面，導(dǎo)致石墨烯和細(xì)胞膜之間的vdW作用驟減，隨著細(xì)胞膜進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)，該過程開始顯著減慢；第二階段，細(xì)胞膜內(nèi)膜的張力和石墨烯介導(dǎo)的分開細(xì)胞膜的拉力大致平衡，從而使細(xì)胞膜的曲率保持在相對穩(wěn)定的水平；第三階段，熱力學(xué)波動導(dǎo)致細(xì)胞膜張力最終屈服于石墨烯分散的拉力，導(dǎo)致石墨烯進(jìn)一步提取脂質(zhì)分子、膜孔形成以及vd W作用的又一次急劇下降。他們又通過計算磷原子的密度進(jìn)一步說明膜孔形成的機(jī)制，如圖5(b)所示。第一階段，磷原子的密度沿整個軸線相對均勻分布，就如同未受干擾的細(xì)胞膜所預(yù)期的分布。然而，到50 ns時，可以看到密度分布形成了一個深谷，在深谷區(qū)域發(fā)現(xiàn)了磷原子密度最大程度地耗盡(第二階段)。通過吸引納米片相鄰的脂質(zhì)分子將該間隙區(qū)域中的脂質(zhì)拉向石墨烯，進(jìn)一步刺激提取過程。在第三階段的開始，間隙區(qū)域中的脂質(zhì)分子之間形成的網(wǎng)格消散并且在膜中形成孔。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯和氧化石墨烯的生物體毒性研究進(jìn)展[J]. 李婷,張超智,沈丹,袁陽.  南京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)). 2016(02)
[2]計算機(jī)分子模擬——2013年諾貝爾化學(xué)獎簡介[J]. 唐赟,李衛(wèi)華,盛亞運(yùn).  自然雜志. 2013(06)
[3]分子模擬方法及其在分子生物學(xué)中的應(yīng)用[J]. 歐陽芳平,徐慧,郭愛敏,李燕峰.  生物信息學(xué). 2005(01)
[4]分子模擬與化學(xué)工程[J]. 李以圭,劉金晨.  現(xiàn)代化工. 2001(07)



本文編號：3018794