【摘要】：脂質(zhì)雙層膜是所有生物體中細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)膜的主要成分,它在生物過(guò)程中必不可缺,例如細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和蛋白質(zhì)功能。脂質(zhì)雙層膜現(xiàn)在還被用于產(chǎn)生在多種疾病的治療中靶向遞送蛋白質(zhì),核酸和藥物的裝置。使用這些結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)治療劑的科學(xué)家已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)里面的工具可以讓研究人員在分子水平上可視化脂質(zhì)雙層的結(jié)構(gòu)和功能,這有助于提高這些領(lǐng)域的發(fā)展速度。脂質(zhì)雙層膜模型可以為納米材料和脂質(zhì)雙層膜的相互作用這類(lèi)方面的研究提供基礎(chǔ)。本文的主要研究工作如下:首先,介紹了脂質(zhì)雙層膜的研究背景和意義,對(duì)現(xiàn)階段脂質(zhì)雙層膜的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和分析;概述了分子動(dòng)力學(xué)(MD)的基本原理、計(jì)算流程和相關(guān)機(jī)制,并介紹了脂質(zhì)雙層膜的馬丁尼力場(chǎng)和耗散粒子動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論;概述了脂質(zhì)雙層膜仿真建模時(shí)使用的PACKMOL、Moltermplate、大規(guī)模原子分子并行模擬器(LAMMPS)和開(kāi)源可視化處理工具(OVITO)分子模擬軟件。其次,在建模的過(guò)程中,由于馬丁尼(Martini)力場(chǎng)采用的單位為實(shí)際物理單位,所以參數(shù)的選擇較為方便,而耗散粒子動(dòng)力學(xué)(簡(jiǎn)稱(chēng)DPD)力場(chǎng)將單位無(wú)剛量化,其參數(shù)的設(shè)置涉及了較多實(shí)驗(yàn)和理論研究。本文在對(duì)Martini力場(chǎng)下的1-棕櫚酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸膽堿(DPPC)的基礎(chǔ)上針對(duì)DPD力場(chǎng)下的脂質(zhì)雙層模型1,2-二油�；�-sn-甘油-3-磷酸膽堿(DOPC),確定合適的度量單位及模擬參數(shù)�？偨Y(jié)了關(guān)鍵參數(shù)的單位和標(biāo)準(zhǔn),使用并編寫(xiě)符合PACKMOL和Moltemplate語(yǔ)法格式的腳本文件產(chǎn)生模擬所需的系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)文件。最后,選定MD計(jì)算的起點(diǎn)和溫度,并針對(duì)Martini力場(chǎng)下的DPPC脂質(zhì)雙層膜自組裝及電穿孔現(xiàn)象進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬分析,對(duì)于DPD力場(chǎng)下的DOPC脂質(zhì)雙層膜NVT系綜及電穿孔現(xiàn)象進(jìn)行模擬分析。本文在Martini力場(chǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)DPD力場(chǎng)DOPC模型的模擬參數(shù)和單位尺度進(jìn)行了校準(zhǔn)。本文基于粗粒度分子動(dòng)力學(xué)(GCMD),研究了溶劑為水的脂質(zhì)雙層膜建模方法,旨在對(duì)脂質(zhì)雙層膜的不同初始狀態(tài)提供了高效的建模方法,并擴(kuò)展了分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間尺度、提高了計(jì)算效率;對(duì)脂質(zhì)雙層膜在Martini力場(chǎng)下的自組裝行為進(jìn)行了模擬,并給出了徑向分布函數(shù)(RDF)分析的曲線(xiàn);進(jìn)一步,研究了DPD力場(chǎng)與Martini力場(chǎng)的基本模擬參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn)。本文的研究為探究脂質(zhì)雙層膜與納米材料相互作用的研究提供了高效的建模方法,通過(guò)分析脂質(zhì)雙層膜在電場(chǎng)下電穿孔現(xiàn)象的不同屬性與場(chǎng)強(qiáng)大小的關(guān)系,為今后粗粒度分子動(dòng)力學(xué)在生物醫(yī)療等相關(guān)方面的應(yīng)用提供了理論參考。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：Q26
【圖文】：

在 MS-RBC 模型中的 RBC 膜被建模為粘彈性彈簧的二維三角網(wǎng)絡(luò)，其包括彈性、彎曲和粘性特性等數(shù)據(jù)。圖1.1 健康人類(lèi)的紅細(xì)胞對(duì)于生物膜電穿孔，人們通過(guò)分析過(guò)程的分子動(dòng)力學(xué)模擬提供了原子觀(guān)察水平。在膜外部電場(chǎng)存在的情況下，兩個(gè)脂質(zhì)和水分子的單層之間的優(yōu)選偶極取向的不對(duì)稱(chēng)變化加速了電穿孔的形成，導(dǎo)致不對(duì)稱(chēng)的電場(chǎng)，特別是在疏水核心之間的過(guò)渡區(qū)域和親水性頭部區(qū)域（參見(jiàn) Tieleman[30]）。其與這種不對(duì)稱(chēng)性相關(guān)聯(lián)，脂質(zhì)突起的數(shù)量顯著增加。這一發(fā)現(xiàn)得到了以前的模擬研究人員的支持，這些研究進(jìn)行了在部分原子電荷設(shè)置為零的情況下辛烷板[30]或 DPPC 雙層電穿孔形成所需增加的電場(chǎng)強(qiáng)度[31]。通過(guò)分析電穿孔形成時(shí)間的分布和與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的比較，建議兩種中間體：取決于外部場(chǎng)強(qiáng)度具有改進(jìn)的頭基取向（T）的狀態(tài)和膜上封閉水脂薄膜的預(yù)制狀態(tài)（Q）（圖 1.2E=0.395V/nm，18.7ns 之后的電穿孔形成的快照。突出了初始步驟的脂質(zhì)和水分子

[35]仍然是必要的。圖1.2 典型電穿孔現(xiàn)象對(duì)于納米材料與脂質(zhì)雙層膜相互作用的 CGMD。在熱波動(dòng)下，納米材料經(jīng)歷布朗運(yùn)動(dòng)，包括在雙層附近的快速振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和遷移。觀(guān)察到一旦片狀物發(fā)現(xiàn)具有與膜幾乎正交的最銳角之一的構(gòu)型，就開(kāi)始自發(fā)穿入雙層。納米材料與脂質(zhì)的尾部組之間的吸引力相互作用促進(jìn)了穿透，但是只有在穿透角的頂端接觸雙層的疏水核心之后才發(fā)生穿孔。在粗粒度（CoarseGrain，簡(jiǎn)稱(chēng) CG）模擬中，脂質(zhì)膜可以被納米材料片完全穿透，伴隨著納米材料片的傾斜，進(jìn)行最大化其與膜內(nèi)部的覆蓋。在本文的模擬中，小石墨烯薄片由于尺寸小而最終嵌入雙層膜。具有兩個(gè)不同拐角角度（30°和 60°）的菱形石墨烯薄片的模擬表明

胞器的整體結(jié)構(gòu)和完整性得以保留（圖 1.3D 和 E），證實(shí)了體外試驗(yàn)顯示了保存的細(xì)胞活力。圖1.3 多層石墨烯微片的細(xì)胞攝取和內(nèi)化。1.3 本文主要工作由上述內(nèi)容可以分析出脂質(zhì)雙層膜的計(jì)算模擬在瘧疾等疾病的理論分析中發(fā)揮著重要的作用。本課題基于 CGMD，使用 PACKMOL 和 Moltemplate 軟件創(chuàng)建溶劑為水的脂質(zhì)雙層膜模擬系統(tǒng)。旨在對(duì) Martini 和 DPD 力場(chǎng)基本模擬參數(shù)的不同衡量尺度進(jìn)行比較，并為脂質(zhì)雙層膜的不同初始狀態(tài)提供高效的建模方法。研究了脂質(zhì)雙層膜電穿孔的不同特征與場(chǎng)強(qiáng)大小的關(guān)系，研究的結(jié)果能夠促進(jìn)對(duì)脂質(zhì)雙層膜的全面認(rèn)識(shí)，并為脂質(zhì)雙層膜在生物醫(yī)療等應(yīng)用中提供更多的理論支持。本文各個(gè)章節(jié)的具體內(nèi)容安排如下：第一章，首先介紹本課題研究的背景和意義；然后介紹現(xiàn)階段脂質(zhì)雙層膜在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域以及對(duì)于脂質(zhì)雙層膜的膜電穿孔現(xiàn)象及用于生物醫(yī)療的研究現(xiàn)狀；最后介紹本文的主要內(nèi)容和工作安排。第二章，主要介紹本文涉及的理論。首先介紹分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)的基本原理；然后介紹了粗粒化模擬技術(shù)理論，重點(diǎn)介紹了本文所采用的 Martini 力場(chǎng)和 DPD 力場(chǎng)的基本原理

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐驍力;雙層膜充氣溫室[J];農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù);1997年05期

2 于寶江 ,劉富民 ,肖蓮香;水稻有孔雙層膜育苗[J];新農(nóng)業(yè);1988年03期

3 樸白龍;成正維;胡全利;;射頻濺射CoCr雙層膜及軟磁盤(pán)的研究[J];磁記錄材料;1988年02期

4 吳自勤;吳強(qiáng);軒植華;;銦—鎵/鍺與銦—鎵/碳雙層膜加熱后的結(jié)構(gòu)變化[J];電子顯微學(xué)報(bào);1984年04期

5 陳亞霏;劉世琦;劉穎穎;錢(qián)勝艷;劉星辰;張現(xiàn)征;任煜倩;秦瑜;;春季雙層膜覆蓋對(duì)獨(dú)頭蒜形成及品質(zhì)的影響[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2016年07期

6 韓志友;;尺寸對(duì)鐵電雙層膜電滯回線(xiàn)的影響[J];大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào);2013年03期

7 高宏,羅國(guó)安,馮軍,Ottova,A.L.,Tien,H.T.;硫醇-磷脂混合雙層膜的電化學(xué)性質(zhì)及其與蜂毒素的相互作用研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2001年02期

8 馮廣和;雙層膜充氣溫室[J];農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù);1998年08期

9 韓興，李剛;固體載體支承的雙層膜系統(tǒng)[J];生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展;1995年03期

10 ;水稻有孔雙層膜育苗[J];新農(nóng)業(yè);1990年12期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李秀媛;馬列;李陸艷;李乾;高長(zhǎng)有;;膠原不對(duì)稱(chēng)抗菌雙層膜的制備及性能研究[A];2015年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題F-生物醫(yī)用高分子[C];2015年

2 吳自勤;吳強(qiáng);軒植華;;銦—鎵/鍺與銦—鎵/碳雙層膜加熱后的結(jié)構(gòu)變化[A];第三次中國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集（二）[C];1983年

3 陳美玲;賀強(qiáng);;濕度響應(yīng)碳納米管/聚乙烯醇雙層膜軟體驅(qū)動(dòng)器[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第二十四分會(huì)：超分子組裝與軟物質(zhì)材料[C];2016年

4 何永洪;周密;袁金穎;石高全;;聚吡咯／金納米粒子雙層膜的合成及性質(zhì)研究[A];2005年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2005年

5 黃燕;邱宏;潘禮慶;田躍;王鳳平;吳平;;熱處理對(duì)Au/Cr雙層膜特性的影響[A];2003年納米和表面科學(xué)與技術(shù)全國(guó)會(huì)議論文摘要集[C];2003年

6 王雅新;王一星;田衛(wèi);徐金;李旗;胡安;鹿牧;;Co/Co_3O_4雙層膜的磁性能研究[A];第四屆全國(guó)磁性薄膜與納米磁學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

7 袁淑娟;周仕明;;CoNi/FeMn雙層膜的鐵磁共振線(xiàn)寬研究[A];第四屆全國(guó)磁性薄膜與納米磁學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

8 吳峰;張庶元;陳志文;譚舜;李凡慶;;Al/Ge雙層膜分形晶化及阻抗特性研究[A];1996年中國(guó)青年學(xué)者物理學(xué)討論會(huì)——薄膜材料與物理論文集[C];1996年

9 陸競(jìng)英;趙青南;董玉紅;;溶膠-凝膠法制備玻璃基SnO_2-SiO_2/SiO_2雙層膜及增透性能研究[A];2013全國(guó)玻璃科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

10 單榮;林唯唯;殷立峰;田傳山;桑海;周仕明;;CoCr/FeMn雙層膜的交換偏置和矯頑力[A];第四屆全國(guó)磁性薄膜與納米磁學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 記者 曾四丹;我市“三避”推廣技術(shù)成績(jī)顯著[N];桂林日?qǐng)?bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 單榮;鐵磁/反鐵磁雙層膜中矯頑力及磁性多層膜中垂直磁各向異性的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

2 蔣益明;金屬有機(jī)雙層膜傳質(zhì)規(guī)律及其機(jī)理研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

3 惠歌;人參皂苷分子與生物膜作用的研究[D];吉林大學(xué);2010年

4 董陽(yáng);天然高分子復(fù)合膜及皮膚支架載藥系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];沈陽(yáng)藥科大學(xué);2010年

5 李天晶;離子注入單晶ZnO，TiO_2基改性和Li_(0.2)Zn_(0.8)O/Al_(0.15)Zn_(0.85)O雙層膜光電特性的研究[D];蘭州大學(xué);2012年

6 焦志偉;平整與非平整基底表面磁性薄膜的物理特性研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 章亞瓊;多層膜法加速聚乳酸結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及其環(huán)帶球晶形成機(jī)理研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

8 王昱坤;納米結(jié)構(gòu)薄膜的磁共振和磁耦合[D];東南大學(xué);2016年

9 胡學(xué)讓;L1_0-FePt的結(jié)構(gòu)和性能研究[D];清華大學(xué);2009年

10 張芹;鐵電薄膜極化性質(zhì)的理論研究[D];吉林大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬俊;鎳銅納米雙層膜表面刮擦行為的分子動(dòng)力學(xué)研究[D];西南交通大學(xué);2019年

2 干覲瑞;基于粗粒度分子動(dòng)力學(xué)的脂質(zhì)雙層膜建模方法及電穿孔特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

3 劉佳音;吡咯結(jié)構(gòu)納米色素生物制備的過(guò)程調(diào)控研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

4 姜冰雪;低溫等離子體改性技術(shù)對(duì)蛋殼粉/玉米淀粉—聚乳酸雙層膜性能的影響[D];吉林大學(xué);2018年

5 弓子召;界面耦合強(qiáng)度對(duì)Co/Ni雙層膜磁性影響的研究[D];燕山大學(xué);2018年

6 程曉紅;Fe基軟磁雙層膜微結(jié)構(gòu)及磁性的研究[D];蘭州大學(xué);2018年

7 路敏;鎳鎢磷雙層膜的制備、腐蝕行為和力學(xué)性能研究[D];湖南大學(xué);2014年

8 孫煒竟;含鐵電間界耦合的鐵電雙層膜的極化和介電性質(zhì)的理論研究[D];吉林大學(xué);2010年

9 胡智萍;固體支撐脂質(zhì)雙層膜與β-淀粉樣蛋白相互作用的研究[D];河南大學(xué);2015年

10 劉寒琪;小窩蛋白-1在不對(duì)稱(chēng)雙層膜模型中的動(dòng)力學(xué)行為研究[D];華東理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2756222