细胞膜诱导纳米粒子旋转运动研究

摘要

细胞膜是众多生物反应和活动发生的场所，而蛋白质和细胞膜的相互作用所导致蛋白质结构的复杂变化是细胞进行正常生命活动的必要条件。因此，如何调控纳米粒子或蛋白质在细胞膜表面的运动是理解相关生物现象的关键，同时这也是当前细胞生物研究所面临的一个巨大挑战。另一方面，由于纳米技术的高速发展，对怎样利用纳米粒子作为药物和基因运输的载体来实现药物的传递，或将纳米粒子作为细胞成像材料和诊断试剂，这成为生物纳米技术发展的一个关键。近年来，越来越多的证据表明实现这一目标的关键在于对细胞膜上纳米粒子运动的控制。甚至，这一运动行为可为理解复杂蛋白质的运动提供一个简单的模型。因此，深入理解纳米粒子在细胞表面的微小运动成为现代生物技术研究的重要课题之一。　　在本论文中，我们利用计算机模拟技术成功实现了对纳米粒子在细胞膜表面旋转运动的有效控制。我们通过利用配体对纳米粒子的表面不同区域进行不对称修饰，结果发现，在保持配体主要化学性质和表面嫁接密度相同的条件下，仅仅改变不同粒子表面区域配体链的长度或是刚性，会使得纳米粒子在任意初始构型情况下，都会最终倾向于用修饰有较短或较硬的配体的一侧来与细胞膜接触。而且，为了实现这一相互作用构型，纳米粒子会自发的旋转其本身来予以实现。此外，我们还对粒子的这一旋转运动进行了理论分析。结果表明纳米粒子在细胞膜上的自发旋转与粒子表面配体的构象变化和膜的形变密切相关，其发生的驱动力主要来自于配体链构象熵的改变。这些研究成果对于调控纳米粒子在细胞膜表面的细微运动提供了一个简单却非常有效的方法，也为今后开发精确靶向于细胞膜的超分辨率新显像剂和药物载体提供了一个新的思路。

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第一章 绪 论

1.1 细胞膜

1.1.1 细胞膜的组成

1.1.2 细胞膜认识的历史发展

1.1.3 细胞膜特性

1.2 纳米粒子与细胞膜的相互作用

1.2.1 蛋白质实验

1.2.2 纳米粒子的应用

1.2.3 纳米粒子的旋转

1.3 本文研究的主要内容

第二章 理论方法

2.1 计算机模拟

2.2 耗散粒子动力学发展史

2.3 DPD的方法体系

2.4 粗粒化模型

2.4.1 纳米粒子模拟

2.4.2 细胞膜模拟

第三章 纳米粒子在细胞膜表面转动的有效调控

3.1 研究背景

3.2 研究方法和模型

3.2.1 研究方法

3.2.2 模拟模型

3.3 模拟的结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文及科研成果

致谢