DNA/蛋白质与碳纳米管的相互作用

【摘要】近年来由于碳纳米管无与伦比的光学、生物相容性和电化学性质，使得它成为现代生物医学诊断和治疗的重要载体。生物分子与碳纳米管组成的复合体系在药物运输、医学诊断、DNA分子测序、基因治疗等领域引起了人们的广泛关注。从微观上理解生物分子与碳纳米管的相互作用的研究能够帮助人们精确控制细胞内部生物分子的运动，为药物运输、纳米传感器、医学诊断的设计和制造提供理论依据。对材料学、生命科学、医学领域的发展具有重要的意义。本文研究了碳纳米管作为药物运输载体和生物传感器时它与生物分子的相互作用。利用分子动力学模拟方法研究了碳纳米管封装单链脱氧核糖核苷酸(ssDNA)分子的动力学机理；设计了由碳纳米管组成的纳米自发注射器，模拟了生物分子的注射过程；还模拟了ssDNA分子包裹碳纳米管的过程。首先从分子水平上研究了碳纳米管封装ssDNA分子的动力学机理，成功实现了碳纳米管对于链型ssDNA分子的封装。主要研究了碳纳米管的管径和长度对于封装过程的影响。研究相同长度的(17,17)——(12,12)共六种不同管径的碳纳米管，和长度不同的(14,14)、(13,13)和(12,12)，共十五个体系。利用拉伸分子动力学的方法，计算了六种不同管径的体系的自由能，寻找碳纳米管的最适合封装管径。然后利用锌指蛋白(ZNF)分子与碳纳米管的相互作用，设计了由碳纳米管组成的纳米注射器，用来运输生物分子。我们选择一个较大管径的碳纳米管作为注射器的针管，选择一个较小管径的碳纳米管作为注射器的活塞。我们模拟了在水溶液环境中将ZNF分子吸入注射器和通过活塞将ZNF分子推出的过程。同时分析了活塞的管径、活塞的手性和活塞的长度对于注射过程的影响。最后研究了碳纳米管吸附ssDNA分子链的动力学机制。模拟了不同链数的ssDNA分子链包裹在碳纳米管表面的过程。发现当ssDNA分子链过多时，部分碱基无法包裹在碳纳米管表面。对此我们改变ssDNA分子链的位置，探究了ssDNA分子链位置对于包裹碳纳米管过程的影响。
【作者】邢彦飞；
【导师】杨传路；
【作者基本信息】鲁东大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】碳纳米管；生物分子；封装；纳米注射器；包裹；

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