用于生物体系的几种典型纳米材料的计算模拟研究

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1、国内图书分类号４ＴＢ３９密级：公开国际图书分类号：６２０西南交通大学研究生学位论文用于生物体系的几种典型纳米材料的计算模拟研究年级２０１１姓名王群申请学位级别工学博士专业材料科学与工程指导老师鲁雄教授王科锋副研究员二零壹捌年五月十五日ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：ＴＢ３９Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２０ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｏｃｔｅｒＤｅｒｅｅＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｇＴＨＥＣＯＭＰＵＴＥＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＳＴＵＤＹＯＦ－ＳＥＶＥＲＡＬＴＹ

2、ＰＩＣＡＬＮＡＮＯＳＩＺＥＤＢＩＯＭＡＴＥＲＩＡＬＳＦＯＲＢＩＯＬＯＧＩＣＡＬＳＹＳＴＥＭＳＧｒａｄｅ：２０１３Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ｕｎＷａｎＱｇＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｒｅｅＡｌｉｅｄｆｏｒ：ＤｏｃｔｏｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｐｇｇＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸｉｏｎＬｕｐｇＭａ１５２０１８ｙ，西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门

3、或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书；２．不保密０，使用本授权书。“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导老师签名：２１ｇ日期：曰期０用于生物体系的几种典型纳米材料的计算模拟研究作者：王群指导教师：鲁雄教授本论文得到以下项目资助８６３项目子课题（２０１５ＡＡ０３４２０２）高性能半导体材料和生物材料的高通量设计、制备与表

4、征技术国家重点研发计划（２０１６ＹＦＢ０７００８００）基于材料基因工程的组织诱导性骨和软骨修复材料研制国家自然科学基金（８１６７１８２４）防贻贝自修复组织诱导性水凝胶用于软骨一／软骨下骨体化修复机理研究国家自然科学基金委员会－广东省联合基金超计算应用研究特别计划（第二期）（Ｕ１５０１５０１）四川省教育厅项目（１６ＺＢ０３１３）计算模拟研究生物分子在掺杂生物材料表面的吸附机理绵阳师范学院校级项目（ＭＹＳＹ２０１７ＪＣ０９）表面改性及电场条件下石墨烯与生物分子相互作用机理的第一性原理研究西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈

5、交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：（１）ＨＡ纳米在调节细胞功能和吸附蛋白质中起着重要作用，但通过常规实验方法难以准确地了解纳米材料和蛋白质之间的详细相互作用机制，特别是与微纳结构的ＨＡ表面相互作用机理更复杂。本研宄构造了三种微纳结构的ＨＡ表面：ＨＡ纳米沟槽、ＨＡ纳米凹槽及ＨＡ纳米柱模型，采用计算模拟的方法考察了不同纳

6、米级表面结构的ＨＡ对蛋白质及多肽吸附的影响。研究发现纳米凹槽和纳米柱ＨＡ对ＢＭＰ－７及其衍生多肽具有较大的吸附。该研究为新型的骨再生陶瓷材料的表面结构设计可提供有价值的理论指导。（２）采用多种离子共掺杂相对于纯ＨＡ和单离子掺杂的ＨＡ材料可以引入更多的物理化学、力学和生物学特性以满足多功能的需求。本研究使用密度泛函理论和实验相结合的方法研究了锶（Ｓｒ）掺杂、氟（Ｆ）掺杂和Ｓｒ／Ｆ共掺杂ＨＡ纳米粒子的各种物理、生物学及抗菌特性。研宄发现Ｆ离子可以有效稳定Ｓｒ掺杂ＨＡ，Ｓｒ／Ｆ共掺杂ＨＡ纳米粒子还可以引入抗菌活性－ＨＡ中会Ｆ，同时适当含量的Ｓｒ掺杂到Ｆ导致

7、Ｓｒ／共掺杂ＨＡ纳米粒子具有最佳的骨诱导活性。本研究有望设计出最佳浓度比的Ｓｒ／Ｆ共掺杂的纳米ＨＡ材料，为研发同时具有良好抗菌和骨诱导活性的新型生物医用材料提供有价值的指导。（３）壳聚糖固载生物大分子蛋白质不仅可以改善壳聚糖的生物相容性，而且还可－以使得蛋白分子得到有效缓释。然而，壳聚糖蛋白质体系之间详细的作用机理采用实验方法较难获得。针对此难题，本研究采用分子动力学方法同时考察了不同脱乙酰度及Ｈ条件ＢＭＰ－２ＨＳＡｐ下壳聚糖对和吸附的影响