树形大分子与金纳米颗粒复合体系构型与结合强度的分子动力学研究

张 瑶 ， 徐 京城 ， 刘 轶 ， 张 法达 ， 潘 登 。
（ １ ． 上 海理 工大 学 材料 科学 与工 程学 院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ； ２ ． 上 海大 学 理学 院物 理系 和材 料基 因组 工程研 究 院 ， 上海 ２ ０ ０ ４ ４ ４ ； ３ ． 上海 理工 大学 机 械工程 学 院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
金 纳米 颗粒 具 有 独特 的光 学 、 电学 特 性及 催 化 性
能， 且 无毒 副作 用 。 ， 因此在 生物 医学领 域尤 其 生物 分子 探测 和标 记方 面有 优异 的应 用 前 景 勰 ］ 。Ｋ ｏ ｊ ｉ ｍａ 等利用聚 乙二醇（ Ｐ Ｅ Ｇ） 化Ｐ ＡＭＡ Ｍ 树 形 大分 子搭 载 金 纳米颗粒作 为金种子 ， 通过体 外实 验发现 其作 为血池 造 影 剂可在体 内循 环更 长时 间 ， 并可 获得 更清 晰 的 Ｃ Ｔ信 号ｌ ＿ ２ 。Ｐ ｅ ｎ ｇ等研究 发 现 ， 在 树 状大 分子 上 搭 载 的金 纳 米 颗粒可大 大提高 Ｃ Ｔ成像 的灵 敏度 ， 通 过进 一步 靶 向 试 剂修饰可完 成对相 关肿瘤 模 型的靶 向 Ｃ Ｔ成像 ， 为探
０ 引 言
树 形大 分子 是一类 具 有纳米 尺 度 的三 维规 整 高分
因其 制备 简单 、 性质 独特 ， 通过 功能化 修 饰可 进一 步 提 高其 生物相 容性 、 血 液循 环时 间及 降低 免 疫原 性 ， 在生
ห้องสมุดไป่ตู้物 医学领域 得 到广泛 应用 ［ １ ８ ２ １ ￣ 。
部 具有 空 腔 、 存 在大 量可 修饰 官能 团 、 单 一 可 控 的结 构 及 良好 的水 溶 性和 生物 相容性 等 优 点＿ ４ 。 ］ ， 近 年来 成 为
生 物 医药领 域 中 的热 点 载体 材 料 。树 形 大 分 子 可 作 为靶 向药 物 、 基 因疫苗 的载 体应 用于 药 物传 输 ， 还 可 用 于 医疗成 像［ １ ¨ ］ 。聚 酰胺 （ Ｐ ＡＭＡＭ） 型 树形 大 分 子 是 最早 合成 并 实 现 商业 化 应 用 的树 形 分 子 之 一 ｌ １ ” ］ ，
领 域 的应 用具 有重要 意 义 。
关键 词 ： 树 形 大分 子 ： 聚 乙二 醇化 ； 金 纳米颗 粒 ； 分子 动力 学
中图分 类号 ： Ｑ６ ７ 文献 标识 码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ９ ７ ３ １ ． ２ Ｏ １ ７ ． ０ ２ ． ０ ２ ３
索新 型 、 多功能分 子造影 剂在 肿瘤 Ｃ Ｔ诊 断 方面 的应用 具 有重要意义 。然 而 ， 有关 树 形 大分 子一 金纳 米 颗粒
体 系的研究还处 于经验探索 阶段 ， 其 作用机 制有 待进 一 步研 究 。计算模 拟可在原子 、 分 子微 观尺度 研究体 系 的
化学、 物理性质 ， 是 重要的实验辅 助手段 。 本 文从计 算模 拟 角度 出发 ， 以 Ｐ ＡＭＡＭ 树 形 大分 图１ Ｐ ＡＭＡＭ 型树形 大分 子结 构 示意 图
摘 要 ： 通过 在 Ｐ ＡＭＡＭ 型树 形 大分 子上搭 载 不 同尺寸 的金 纳 米颗 粒 构 建树 形 大分 子一 金 纳 米颗 粒 复合 体 系，
采 用 经典 分子 动 力学方 法考察 了金 纳 米颗 粒尺 寸 、 搭 载数 量及树 形 大分 子聚 乙二 醇化修 饰 对 复合体 系构 型 、 结 合 强度及 在 水 中扩散 系数 的影 响 。结果表 明 ， Ｐ ＡＭＡＭ 型树 形 大分 子 经过 聚 乙二 醇化 修 饰 可 负载 更 多 的金 纳米 颗 粒， 使 得有 效 包埋金 纳米 颗粒 的 同时 自身尺 寸 未产 生 明显 膨 胀 。研 究结果 为探 索新 型 多功 能造 影 剂在 生物 医药
Ｆｉ ｇ １ Ｓｃ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ＰＡＭ ＡＭ ｄ ｅ ｎｄ ｒ ｉ ｍｅ ｒ
子 包埋 不 同尺寸 的金 纳米颗 粒构 建 的复合 体 系为研 究
对象 ， 采 用经 典分 子动 力学方 法 ， 计 算考 察金 纳 米颗 粒
子材 料 ， 主要 由内部核 结构 、 外表 面结 构及 重 复 单元 组 成Ⅲ 。由重复 单元 构 成 的 同心 圆层 被 称 为 “ 代” ， 从内 部 核 结 构 开 始 向 外 依 次 定 义 为 第 ０代 （ ＧＯ ） 、 １代
（ Ｏ１ ） 、 ２ 代（ Ｇ２ ） 等， 如 图 １所示 。
＊
１ 计 算 方 法
１ ． １ 模 型 构 建 及 参 数 设 置
采用 Ｇ１ 代Ｐ ＡＭＡＭ 树 形 大 分 子作 为 载 体 ， 搭 载
基 金项 目 ： 上 海 市 科 委 地 方 高 校 能 力 建 设 计 划 资助 项 目（ １ ６ ０ ６ ０ ５ ０ ２ ４ ０ ０ ） 收 到初 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ ０ — ３ １ 收 到 修 改稿 日期 ： ２ ０ １ ６ － １ ２ — １ ９ 通讯作者 ： 潘 登， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｐ ａ ｎ ＠Ｕ Ｓ Ｓ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 作者简 介 ： 张 瑶 （ １ ９ ９ ０ 一） ， 女， 河南鹤壁人 ， 硕士， 师承潘登教授 ， 从 事 树 形 大 分 子 基 纳 米 颗粒 体 系 的分 子 模 拟 研 究 。
１ ９ ９ ０年 ， Ｔ ｏ ｍａ ｌ ｉ ａ和 Ｇｏ ｄ ｄ ａ ｒ ｄ提 出树 形 大 分 子 可 用 于 药物传 输 ， 引起人 们 广泛 的研究 热 情＿ ２ ］ 。因其 内
的尺寸 、 搭载 数量 、 树形 大分 子表 面功能 化 对复 合体 系
的构型及 能量 的影 响 ， 从 原 子层 面 来 解 释其 微 观 作 用 机制， 为设计 更好 的生 物纳米 成像 体系 提供理论 指 导 。
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文 章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ２ １ ２ ９ ～ ０ ６
树 形 大 分 子 与 金 纳 米 颗 粒 复 合 体 系构 型 与 结 合 强 度 的 分 子 动 力 学 研 究