表面电荷性质对纳米颗粒与电中性的磷脂双分子层膜作用的模拟研究

表面电性是纳米颗粒的一种重要性质。近期的一些研究发现，即使是对于中性磷脂膜而言，带电颗粒的表面吸附依然能够对于膜结构产生影响。本文模拟了表面电荷性质对纳米颗粒与电中性的磷脂双分子层膜作用的影响。模拟涉及三类不同性质的颗粒：电中性颗粒，表面正电性颗粒和表面负电性颗粒。通过计算我们，带电颗粒会促进颗粒进一步吸附在膜表面。颗粒表面电荷与DPPC分子头基带电部分之间的静电作用，会导致膜脂质分子有序度的变化，从而最终可能引起膜结构的变化。表面电荷密度的增强，会导致吸附在膜表面的颗粒进一步被膜包裹。而不同的电性表面导致纳米颗粒被膜包裹的程度是不同的，正电性表面会抑制吸附在膜上的颗粒进一步被膜包裹；而表面负电性颗粒则促进膜的包裹行为。通过对自由能、熵、焓等热力学参数的计算发现，虽然表面电性导致的颗粒吸附都是自发的过程，但不同电性颗粒的吸附经历了不同的熵-焓变化过程。带电颗粒被膜包裹的主要推动力是，颗粒表面电荷与DPPC分子头基带电部分之间的静电作用，同时，还需要克服膜自身的弹性弯曲能。这部分研究的结果表明，表面电荷性质不同的纳米颗粒与细胞膜之间，可能存在着不同的作用机制。

Yang Li and Ning Gu,Thermodynamics of Charged Nanoparticle Adsorption on Charge-Neutral Membranes: A Simulation Study,J. Phys. Chem. B, 2010, 114 (8), pp 2749–2754

fig1: 各个模拟体系构象图。其中，（a）电中性纳米颗粒；（b--e）表面正电性纳米颗粒，依次表示四种表面电荷密度的情况（+3.0, +6.0, +9.1, +12.1e/nm²）；（f--i）表面负电性纳米颗粒，依次表示四种表面电荷密度的情况（-3.0, -6.0, -9.1, -12.1e/nm²）

fig2: 带电颗粒体系的系统总能量。其中，红色三角对应正电性颗粒体系的系统总能量（表面电荷密度为+3.0, +6.0, +9.1, +12.1e/nm²）；蓝色方块对应负电性体系的系统总能量（表面电荷密度为-3.0, -6.0, -9.1, -12.1e/nm²）；子图对应表面电荷密度为3.0e/nm²的正负带电颗粒体系的系统总能量。