金属氧化物纳米颗粒生物安全性的nano-QSAR研究

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1、学号：12103305常州大学硕士学位论文金属氧化物纳米颗粒生物安全性的nano-QSAR研究研究生戴文王新颖副教授指导教师陈海群教授学科、专业名称安全科学与工程研究方向化工安全2015年4月StudyonNanoQuantitativeStructure-ActivityRelationshipfortheBiologicalSafetyofMetalOxideNanoparticlesADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByDaiWenSafetyScienc

2、eandEngineeringDissertationSupervisor:Prof.WangXin-yingProf.ChenHai-qunApril,2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明

3、本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要中文摘要纳米材料作为一种新型材料已被广

4、泛用于生活和生产中，然而对其生物毒性的实验测定耗时耗力，且测定成本高，不利于评价其在生产和使用过程中的风险，故需理论研究的帮助，筛选出与其生物毒性最为相关的理化性质，揭示其理化性质与毒性之间的关系，从而为生产和使用的安全性提供一定的理论参考。本文从分子结构角度出发，对部分纳米金属氧化物和具有相同金属氧化物核心不同表面修饰的纳米颗粒进行研究，主要研究内容如下：（1）采用金属氧化物的导带和价带能量水平作为反应性描述符表示纳米金属氧化物的能量结构，并将其与生物体细胞内反应的氧化还原电位比较以预测纳米金属氧化物对生物体产

5、生氧化应激的可能性。导带最低能量水平低于生物氧化还原电位范围的纳米颗粒具有与生物体之间发生电子转移的能力，并可以形成ROS破坏生物体的抗氧化机制。（2）通过Gaussian98软件运用DFT-B3LYP交换泛函在LANL2DZ基组水平上计算了17种金属氧化物的量子化学描述符，结合多元线性回归（MLR）方法和支持向量机（SVM）方法建立了部分纳米金属氧化物毒性的nano-QSAR模型，所建模型均具有较好的拟合能力、稳定性以及良好的预测能力。此外，SVM方法模拟效果较MLR方法好。（3）对具有相同金属氧化物核心组成物

6、不同表面修饰的纳米颗粒，应用Dragon软件计算表面修饰化合物的分子描述符，并使用遗传-偏最小二乘法从众多分子描述符中筛选出3个与纳米颗粒生物活性最为相关的描述符IC1、Hy、Mor12u，结合MLR方法建立nano-QSAR模型，并对所建模型进行了内外部验证。内外部验证结果表明本文所建模型均具有较好的预测能力和较强的稳定性。与以往文献相比，具有一定的优越性。（4）通过模型解释表明，纳米金属氧化物的毒性主要与其核心组成物的最低空轨道能量水平aveLUMO和摩尔热容Cp有关；其细胞摄入量主要与其表面修饰分子的原子空

7、间分布情况、分子间的链接信息及亲水性因素有关。关键词：金属氧化物纳米颗粒；定量结构-活性相关；密度泛函理论；生物活性IABSTRACTABSTRACTNowadays,nanomaterialshavebeenwidelyusedindailylifeandproductionasanewkindofmaterials.However,themeasurementoftheirbiotoxicitiesishighcostandtime-consuming,whichlimitstheirsafeproducti

8、onanduse.So,siftthemoleculardescriptorswhicharecloselyrelatedtothebiotoxicityisveryhelpfultoresearchtherelationshipbetweenbiotoxicityandphysicochemicalproperties.Andthiswillbehelpfultoeva