分子動力學(xué)模擬研究殼聚糖包覆碳納米粒子.pdf

1、近年來，納米材料快速發(fā)展，但隨著納米材料的擴(kuò)大生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，其所產(chǎn)生的環(huán)境行為和生物毒性受到越來越多人的關(guān)注，因此建立一種有效的方法來清除納米粒子，防止?jié)撛诘募{米污染具有重要意義。殼聚糖(chitosan，CS)作為一種天然高分子絮凝劑，具有良好的生物相容性和可降解性，在水質(zhì)凈化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。已有實(shí)驗(yàn)證明可利用殼聚糖與納米粒子之間的相互作用清除納米粒子，但目前對于兩者之間的相互作用機(jī)制及清除原理仍未可知。近年來，隨著計算機(jī)

2、技術(shù)的迅速發(fā)展，分子動力學(xué)模擬已成為實(shí)驗(yàn)和計算之外的第三種有效手段，可以對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段做出補(bǔ)充，從分子層面揭示相關(guān)信息。
　　本論文采用分子動力學(xué)的方法模擬研究-NH2和-NH3+兩種官能團(tuán)殼聚糖與不同納米材料(富勒烯(C60)、石墨烯量子點(diǎn)(GQD))的相互作用，通過測定殼聚糖的均方回轉(zhuǎn)半徑(the radius of gyration，Rg)、C60的聚集形態(tài)(radial distribution functions，RDF

3、)以及殼聚糖對C60的包覆率等分析手段來研究不同官能團(tuán)對不同納米顆粒包覆率的影響。此外，基于納米粒子在靶向藥物輸運(yùn)與控釋方面的潛在應(yīng)用，本論文針對正常體液以及病變部位構(gòu)造了不同pH值下的殼聚糖結(jié)構(gòu)模型，研究不同pH值下殼聚糖質(zhì)子化程度對包覆石墨烯量子點(diǎn)的影響。論文的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)-NH2體系殼聚糖鏈對C60納米粒子有更好的包覆效果，但在殼聚糖鏈數(shù)目較少時，C60可能會在殼聚糖鏈周圍多層次的聚集，這是由于-NH2殼聚

4、糖鏈容易自聚，從而有利于其對C60的包覆。-NH3+殼聚糖鏈對C60的包覆效果較差。這是由于-NH3+殼聚糖鏈存在較強(qiáng)的靜電排斥作用與-NH3+基團(tuán)之間親水性導(dǎo)致殼聚糖鏈易分散在溶液中。平均力勢曲線也進(jìn)一步從相互作用的角度揭示-NH2殼聚糖與C60分子有較強(qiáng)的吸引力，因此-NH2殼聚糖鏈對C60的包覆效果更好。
　　(2)-NH2殼聚糖鏈易形成較為緊密的團(tuán)簇，量子點(diǎn)較為均勻地分散并被包覆在團(tuán)簇中，因此-NH2殼聚糖對石墨烯量子點(diǎn)具

5、有更好的包覆效果，-NH3+殼聚糖由于鏈和鏈之間靜電相互作用的排斥難以形成較大的團(tuán)簇，所以對石墨烯量子點(diǎn)的包覆效果較差。并且與包覆C60不同，兩種官能團(tuán)殼聚糖在包覆量子點(diǎn)過程中其構(gòu)型變化均較小，說明納米材料的曲率對其有一定影響，即量子點(diǎn)的片層結(jié)構(gòu)與殼聚糖作用阻礙了鏈段的彎曲。
　　(3)質(zhì)子化程度較低(pH=7.1)時殼聚糖鏈?zhǔn)杷湺?-NH2)比例較大，容易自聚，并且其周圍石墨烯量子點(diǎn)分布較多，所以說在正常體液環(huán)境下(pH=7.