《氧化磷烯與水及生物分子相互作用的理論研究》是依託中國礦業大學，由張偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氧化磷烯與水及生物分子相互作用的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張偉
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磷烯（phosphorene）是一種新合成的二維納米材料，具有天然的半導體特性。磷烯獨特的拓撲結構及光電子學特性，使其在生物醫藥領域套用前景廣闊。但磷烯在有氧的環境中易被氧化，用於生物醫藥的磷烯主要為氧化磷烯。目前，尚無氧化磷烯生物學效應的相關理論報導，急待進行深入的研究。本項目擬採用分子動力學模擬方法，結合生物物理學理論，深入研究以下問題：（1）氧化磷烯與生物分子的相互作用，考察生物分子在氧化磷烯基底上的粘附過程及聚集形態；小尺寸氧化磷烯量子點會否破壞生物分子的結構與功能，及其背後的物理機制。（2）氧化磷烯表面水分子的結構及動力學行為，考察這些結構和動力學行為對氧化磷烯-生物分子相互作用的影響。探索如何通過調節氧化率和氧化模式來調控氧化磷烯與生物分子間的相互作用。本項研究有助於人們從分子水平上認識、理解氧化磷烯潛在的生物毒性，也有望為人們設計新型的基於磷烯的生物感測器，提供理論借鑑。
結題摘要
磷烯是二維納米材料的新成員，由於其獨特的電子學、光學和機械特性，自從2014年首次被成功製造以來，就在物理學，化學和生物醫學領域引起了人們極大的興趣。磷烯在有氧的環境中易被氧化形成氧化磷烯。本項目採用分子動力學模擬方法，深入研究了磷烯和氧化磷烯與蛋白質和細胞膜的相互作用。研究發現磷烯破壞信號蛋白有兩種機制：奪走配體和破壞結構；氧化模式對氧化磷烯-蛋白相互作用幾乎沒有影響，但氧化濃度對氧化磷烯-蛋白相互作用影響顯著，氧化濃度越大氧化磷烯對蛋白結構的破壞越大；磷烯能插入細胞膜並破壞性地抽取磷脂分子進而減弱細胞的活性，被抽取的磷脂分子沿磷烯表面褶皺方向定向排列，小尺寸磷烯納米片沿特定方向插入細胞膜；氧化磷烯也能破壞性地抽取磷脂分子進而破壞細胞膜，氧化模式對氧化磷烯抽取磷脂分子沒有影響，高氧化濃度的氧化磷烯對磷脂分子的抽取能力較弱，細胞毒性較小。這些結果可以幫助人們了解磷烯和氧化磷烯納米片的生物毒性，並為其在生物醫藥、生物感測器套用方面提供有價值的參考。
