石墨烯生物毒性的计算机模拟研究进展

发布时间：2021-02-04 19:08

　　石墨烯是一种由平整的单层碳原子密集堆积成二维蜂窝晶格的碳纳米材料,具有优异的光学、电学、力学等特性,在生物医药、材料学等领域具有重要的应用前景。随着石墨烯在以上研究领域的广泛应用,其生物安全性问题也备受关注。尽管有大量研究表明石墨烯的生物相容性较好,但是部分研究却发现石墨烯具有一定的生物毒性。石墨烯粒径小,容易通过皮肤进入体内,可能与蛋白质、脂质或核酸等生物大分子相互作用。近年来,由于计算机模拟技术具有成本低、安全性高、易获得实验无法获取的动态结构等优势而被广泛用于生物、化学、制药等领域。本文综述了石墨烯与细胞膜、蛋白质和DNA等生物大分子相互作用的计算机模拟研究进展,从而评估石墨烯可能存在的生物毒性,为石墨烯的生物安全性评价和生物医学应用提供了参考。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(01)北大核心

【文章页数】：18 页

【部分图文】：

石墨烯纳米片插入细胞膜的过程[25]

石墨烯吸附磷脂分子的模拟过程[25]

图3 石墨烯吸附磷脂分子的模拟过程[25]为了进一步说明膜孔形成的机制，Duan等又计算了石墨烯和细胞膜之间的范德华力(vd W)，如图5(a)所示。模拟过程分为三个阶段，第一阶段，磷脂分子快速地吸附在石墨烯表面，导致石墨烯和细胞膜之间的vdW作用骤减，随着细胞膜进入亚稳态，该过程开始显著减慢；第二阶段，细胞膜内膜的张力和石墨烯介导的分开细胞膜的拉力大致平衡，从而使细胞膜的曲率保持在相对稳定的水平；第三阶段，热力学波动导致细胞膜张力最终屈服于石墨烯分散的拉力，导致石墨烯进一步提取脂质分子、膜孔形成以及vd W作用的又一次急剧下降。他们又通过计算磷原子的密度进一步说明膜孔形成的机制，如图5(b)所示。第一阶段，磷原子的密度沿整个轴线相对均匀分布，就如同未受干扰的细胞膜所预期的分布。然而，到50 ns时，可以看到密度分布形成了一个深谷，在深谷区域发现了磷原子密度最大程度地耗尽(第二阶段)。通过吸引纳米片相邻的脂质分子将该间隙区域中的脂质拉向石墨烯，进一步刺激提取过程。在第三阶段的开始，间隙区域中的脂质分子之间形成的网格消散并且在膜中形成孔。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3018794