The rate of production of carbon-ba

The rate of production of carbon-based nanoparticles (e.g., C60 fullerenes and carbon nanotubes), and hence the rate of their introduction into the environment, is increasing rapidly. Additionally, a wide variety of compounds incorporating carbon nanoparticles, particularly fullerenes, for biomedical and drug-delivery applications have either been developed or are under development.1-6 Studies have revealed that through chemical modification it is possible to control the time for excretion of water-soluble fullerenes from the body. Furthermore, with appropriate modification, fullerene molecules can migrate through the entire body, including the blood−brain barrier, without adsorbing serum proteins.7-9 Examples of biomedical applications of fullerene molecules include DNA-modified fullerenes that target double-stranded DNA and cleave it,10 HIV protease inhibitors,11 skin cancer treatments,7 vectors for transfection with potential application in gene therapy of diseases,12 antioxidant drugs for neurodegenerative diseases,3,13-16 and efficient contrast agents for magnetic resonance imaging.17
Whenever any synthetic material is introduced into a biological system, either through design or through environmental uptake, issues of biocompatibility and potential deleterious health effects are of paramount importance. A few studies of the interaction of carbon nanoparticles with proteins and nucleotides have been reported.18,19 While there is still controversy as to whether pristine C60 and its derivatives are health and environmentally dangerous20 there is strong evidence that fullerenes can be cytotoxic21-23 and that the exposure of living cells to C60 fullerene derivatives and that their aggregates can result in disruption of the cell membrane due to lipid peroxidation.24 An improved fundamental understanding of interactions between fullerenes and cell membranes is central to understanding potential deleterious effects of fullerenes and fullerene-based molecules on living cells as well as to help in the design of effective nanoparticle-based biomaterials. Recently, we have shown through molecular dynamics (MD) simulation studies that because of their size (approximately 1 nm in diameter) and strong van der Waals (dispersion) interactions (due to a high density of surface atoms), fullerenes behave neither like classical hydrophobic molecules nor like hydrophobic surfaces.25-27 We found that association of a pair of C60 fullerenes is dominated by the strong direct fullerene−fullerene attractive interactions. Surprisingly, water-induced interactions between the fullerenes were found to be repulsive. Specifically, it was found that the high atomic density on the fullerene surface gives rise to highly favorable water−fullerene interactions due to strong carbon−water dispersion interactions. The energetic origin of this water-induced repulsive interaction between the carbon nanoparticles is in stark contrast to the entropy-driven association observed for conventional hydrophobic nonpolar organic solutes.
To investigate the implications of the unique properties of fullerenes on their interaction with and passive transport into lipid membranes, we have conducted all-atom MD simulations of a C60 fullerene in a fully hydrated di-myristoyl-phoshatidylcholine (DMPC) lipid membrane. To date computational studies of molecule transport in lipid membranes have been primarily limited to small molecules.28-44 A few atomistic simulations studies45,46 have looked at the interaction of carbon-based nanoparticles with model cell membranes but have not addressed the permeability of these nanoparticles through cell membrane. Only two simulation works address issues of permeability of fullerenes through model cell membranes. The first employed a coarse-grained model to investigate the transport of model nanoparticles (fullerene-like) through a model lipid membrane.47 While this work showed some qualitative consistency with atomistic simulations discussed below the results of these simulations should be taken with caution due to relatively crude representation of water and lipid molecules. The second study utilized atomistic simulations to compare transport of C60 and C60(OH)20 from water into a di-palmitoyl-phosphatidylcholine (DPPC) bilayer48 and found that a pristine fullerene can readily “jump” into the bilayer and translocate through membrane, while C60(OH)20 was not able to do so over the entire length of the simulation. The authors explained the observed difference in the ability of the pristine and OH-modified fullerenes to penentrate into the bilayer by analyzing the potential of mean force (PMF) acting on the fullerene as a function of its position relative to the bilayer center of mass. However, as we discuss below, the PMF obtained from that work is inconsistent with our data as well as experimental data on solubility of fullerenes in different environments.
II. Computational Methods
A. Force Field. The bilayer studied in our simulations is shown in Figure 1 and consists of 52 DMPC molecules and 1800 water molecules. The force field parameters for lipid molecules were taken from CHARMM27.49 The intra- and intermolecular potentials for water were taken from the TIP3P model.50 The carbon−carbon interaction in C60 was described by a Lennard-Jones potential with σCC = 3.47 Å and εCC = 0.275kJ mol-1 as utilized in previous simulations of C60.51 For the interactions between C60 and water, a Lennard-Jones potential with σCO = 3.19 Å and εCO = 0.392 kJ mol-1 was utilized.25 Nonbonded interactions are included between all atoms of different molecules and between atoms of the same molecule separated by more than two bonds. Geometric combining rules were utilized to calculate interactions between C60 and DMPC as well as water and DMPC. We have previously employed this potential in simulations of C60 fullerenes in aqueous environments.25-27,52

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อัตราการผลิตของคาร์บอนตามเก็บกัก (เช่น C60 fullerenes และคาร์บอน nanotubes), และดังนั้น ผู้แนะนำเข้าสู่สิ่งแวดล้อม อัตราการเพิ่มอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ ความหลากหลายของเพจเก็บกักคาร์บอน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง fullerenes สำหรับสารประกอบทางชีวการแพทย์ และจัดส่งยาเสพติดได้รับการพัฒนาอย่างใดอย่างหนึ่ง หรืออยู่ภายใต้ development.1-6 การศึกษาได้เปิดเผยว่า ผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมี จะสามารถควบคุมเวลาในการขับถ่ายของ fullerenes ที่ละลายในจากร่างกาย นอกจากนี้ มีการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสม ฟูลเลอรีนโมเลกุลสามารถย้ายผ่านร่างกายทั้งหมด รวมถึงอุปสรรค blood−brain ไม่ adsorbing proteins.7-9 ตัวอย่างของโปรแกรมประยุกต์ทางชีวการแพทย์ของฟูลเลอรีนโมเลกุลรวม fullerenes ปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอที่ควั่นคู่ดีเอ็นเอเป้าหมาย และ cleave มัน 10 เอชไอวีรติเอส inhibitors เซรั่ม 11 ผิวรักษามะเร็ง ยาต้านอนุมูลอิสระ 12 สำหรับโรค neurodegenerative เวกเตอร์ 7 การ transfection ด้วยโปรแกรมประยุกต์อาจเกิดขึ้นในยีนบำบัดโรค , 3, 13-16 และตัวแทนของความแตกต่างที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสั่นพ้องแม่เหล็ก imaging.17เมื่อใดก็ ตามที่เป็นนำวัสดุสังเคราะห์ใด ๆ เข้าสู่ระบบชีวภาพ ผ่านออก หรือ ผ่านการดูด ซับสิ่งแวดล้อม ปัญหาของ biocompatibility และผลกระทบสุขภาพร้ายอาจเกิดขึ้นได้ของ paramount ศึกษาไม่กี่ของการโต้ตอบของการเก็บกักคาร์บอนกับโปรตีนและนิวคลีโอไทด์มี reported.18,19 ในขณะมีถกเถียงยังกับว่า C60 บริสุทธิ์และอนุพันธ์มีสุขภาพ และสิ่งแวดล้อม dangerous20 มี ฐานว่า fullerenes สามารถ cytotoxic21-23 และที่เปิดเผยชีวิตเซลล์การอนุพันธ์ฟูลเลอรีน C60 และว่า ผลของพวกเขาสามารถทำทรัพยของเยื่อเซลล์เนื่องจากไขมัน peroxidation.24 ระหว่าง fullerenes เข้าใจพื้นฐานการปรับปรุง และ เยื่อหุ้มเซลล์เป็นศูนย์กลางอาจร้ายผลของ fullerenes และโมเลกุลตามฟูลเลอรีนชีวิตเซลล์ด้วยเพื่อช่วยในการออกแบบของผู้ตาม nanoparticle มีประสิทธิภาพการทำความเข้าใจ เมื่อเร็ว ๆ นี้ เราได้แสดงผ่านโมเลกุล dynamics (MD) ศึกษาการจำลองที่ขนาดของพวกเขา (ประมาณ 1 nm เส้นผ่านศูนย์กลาง) และโต้ตอบแรง van der Waals (เธน) (เนื่องจากความสูงความหนาแน่นของอะตอมผิว), fullerenes โมเลกุล hydrophobic คลาสสิกไม่เช่นที่ทำงานหรือ ไม่เช่น surfaces.25-27 hydrophobic ที่เราพบที่ความสัมพันธ์ของคู่ของ C60 fullerenes ถูกครอบงำ โดยการโต้ตอบที่น่าสนใจโดยตรง fullerene−fullerene แข็งแรง จู่ ๆ น้ำที่เกิดจากการโต้ตอบระหว่าง fullerenes ที่พบจะเป็น repulsive โดยเฉพาะ พบว่า ไฮเด็นอะตอมบนพื้นผิวฟูลเลอรีนก่อให้โต้ตอบ water−fullerene สูงอันเนื่องจากแรง carbon−water กระจายตัวโต้ตอบ ต้นกำเนิดมีพลังของนี้ทำให้เกิดน้ำ repulsive โต้ตอบระหว่างการเก็บกักคาร์บอนได้ในความแตกต่างสิ้นเชิงกับสมาคมควบคุม entropy ที่สังเกตสำหรับธรรมดา hydrophobic solutes อินทรีย์ nonpolarการตรวจสอบผลกระทบของคุณสมบัติเฉพาะของ fullerenes ในการโต้ตอบกับและ passive ขนส่งเข้าไปในเยื่อหุ้มไขมัน เราได้ดำเนินการจำลอง MD อะตอมทั้งหมดของฟูลเลอรีน C60 ในเยื่อไขมัน (DMPC) di-myristoyl-phoshatidylcholine ผลิตภัณฑ์ทั้งหมด การศึกษาการคำนวณวันที่การขนส่งโมเลกุลไขมันเข้ามีหลักจำกัดขนาดเล็ก molecules.28-44 studies45 จำลอง atomistic กี่ 46 มองที่การโต้ตอบการเก็บกักคาร์บอนใช้กับเยื่อหุ้มเซลล์รูปแบบ แต่มี addressed permeability ของเหล่านี้เก็บกักผ่านเซลล์เมมเบรน เพียงสองจำลองงานปัญหาของ permeability ของ fullerenes ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบจำลอง ครั้งแรกทำงานแบบ coarse-grained การตรวจสอบการขนส่งแบบเก็บกัก (เหมือนฟูลเลอรีน) ผ่าน membrane.47 การไขมันรุ่นในขณะนี้พบว่า บางความสอดคล้องเชิงคุณภาพกับจำลอง atomistic ที่อธิบายไว้ด้านล่างผลการจำลองดังกล่าวควรดำเนินการ ด้วยความระมัดระวังเนื่องจากค่อนข้างดิบแทนน้ำและโมเลกุลของไขมัน การศึกษาที่สองใช้ atomistic จำลองเพื่อเปรียบเทียบขนส่ง C60 และ C60 (OH) 20 จากน้ำใน bilayer48 (DPPC) สำคัญดี palmitoyl และ พบว่า ฟูลเลอรีนมีความสามารถพร้อม "กระโดด" เป็น bilayer translocate ผ่านเมมเบรน ในขณะที่ไม่สามารถดังช่วงทั้งหมดของการจำลอง C60 (OH) 20 ผู้เขียนอธิบายความแตกต่างความสามารถของ fullerenes บริสุทธิ์ และ OH ที่มีแก้ไข penentrate เป็น bilayer ที่สังเกต โดยการวิเคราะห์ศักยภาพของหมายถึงแรง (PMF) ทำหน้าที่ในการฟูลเลอรีนเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งสัมพันธ์ bilayer ศูนย์กลางมวล อย่างไรก็ตาม ขณะที่เราสนทนาด้านล่าง PMF ที่รับจากที่ทำงานไม่สอดคล้องกับข้อมูลของเราเช่นเดียวกับการทดลองข้อมูลละลายของ fullerenes ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันวิธีที่สองการคำนวณA. ฟิลด์บังคับ Bilayer ศึกษาจำลองของเราแสดงในรูปที่ 1 และประกอบด้วย 52 DMPC โมเลกุลและโมเลกุลของน้ำ 1800 พารามิเตอร์ฟิลด์บังคับสำหรับโมเลกุลไขมันที่ได้มาจาก CHARMM27.49 ภายใน - และศักยภาพ intermolecular น้ำถูกนำมาจาก model.50 TIP3P ติดต่อ carbon−carbon ใน C60 ถูกอธิบาย โดย Lennard-โจนส์อาจ มี σCC = 3.47 Å และ εCC = 0.275kJ โมล-1 ที่ใช้ในการจำลองก่อนหน้านี้ของ C60.51 สำหรับการโต้ตอบระหว่าง C60 และน้ำ ศักยภาพ Lennard โจนส์กับ σCO = 3.19 Å และ εCO = 0.392 kJ โมล-1 ถูก utilized.25 Nonbonded โต้ตอบเป็นการรวมระหว่างอะตอมทั้งหมดของแตกต่างกัน โมเลกุล และอะตอมของโมเลกุลเดียวที่คั่น ด้วยพันธบัตรมากกว่าสอง เรขาคณิตรวมกฎที่ใช้ในการคำนวณระหว่าง C60 และ DMPC ตลอดจนน้ำ และ DMPC เราเคยได้ทำงานนี้ศักยภาพในการจำลองของ fullerenes C60 ในอควี environments.25-27,52

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

อัตราของการผลิตของอนุภาคนาโนคาร์บอน (เช่น C60 ฟูลเลอรีและท่อนาโนคาร์บอน) และด้วยเหตุนี้อัตราการแนะนำของพวกเขาในสภาพแวดล้อมที่มีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ความหลากหลายของสารผสมผสานอนุภาคนาโนคาร์บอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งฟูลเลอรีสำหรับการใช้งานทางการแพทย์และการส่งมอบยาเสพติดที่ได้รับการพัฒนาทั้งหรืออยู่ภายใต้การศึกษา development.1-6 ได้เปิดเผยว่าผ่านการดัดแปลงทางเคมีก็เป็นไปได้ในการควบคุมเวลาในการขับถ่ายของ ฟูลเลอรีที่ละลายน้ำออกจากร่างกาย นอกจากนี้ยังมีการปรับเปลี่ยนตามความเหมาะสมโมเลกุล fullerene สามารถโยกย้ายผ่านร่างกายทั้งหมดรวมทั้งอุปสรรคเลือดสมองโดยไม่ต้องดูดซับ proteins.7-9 ซีรั่มตัวอย่างของการใช้งานทางการแพทย์ของโมเลกุล fullerene รวมถึงฟูลเลอรีดีเอ็นเอที่มีเป้าหมายการปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอเกลียวคู่และแล่ง มัน 10 เอชไอวีน้ำย่อยโปรตีน 11 การรักษาโรคมะเร็งผิวหนัง, 7 เวกเตอร์สำหรับ transfection พร้อมกับใบสมัครที่มีศักยภาพในการรักษาด้วยยีนของโรค 12 ยาเสพติดสารต้านอนุมูลอิสระสำหรับโรคเกี่ยวกับระบบประสาท, 3,13-16 และตัวแทนความคมชัดที่มีประสิทธิภาพสำหรับ imaging.17
ด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กเมื่อใดก็ตามที่สังเคราะห์ใดๆ วัสดุที่นำเข้าสู่ระบบทางชีวภาพทั้งผ่านการออกแบบหรือผ่านการดูดซึมสิ่งแวดล้อมปัญหาของกันได้ทางชีวภาพและผลกระทบต่อสุขภาพอันตรายที่อาจเกิดขึ้นมีความสำคัญยิ่ง ศึกษาน้อยของการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคนาโนคาร์บอนที่มีโปรตีนและนิวคลีโอที่ได้รับการ reported.18,19 ในขณะที่ยังคงมีความขัดแย้งเป็นไปได้ว่า C60 ที่เก่าแก่และสัญญาซื้อขายล่วงหน้าที่มีต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม dangerous20 มีหลักฐานที่แข็งแกร่งที่ฟูลเลอรีสามารถ cytotoxic21-23 และ ว่าการได้รับของที่อยู่อาศัยเซลล์ C60 อนุพันธ์ fullerene และมวลรวมของพวกเขาสามารถส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของเยื่อหุ้มเซลล์เนื่องจากไขมัน peroxidation.24 ความเข้าใจพื้นฐานที่ดีขึ้นของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างฟูลเลอรีและเยื่อหุ้มเซลล์เป็นศูนย์กลางในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับผลกระทบที่เป็นอันตรายที่อาจเกิดขึ้นของฟูลเลอรีและ fullerene โมเลกุลชั่นในเซลล์ที่มีชีวิตเช่นเดียวกับที่จะช่วยในการออกแบบวัสดุที่ใช้อนุภาคนาโนที่มีประสิทธิภาพ เร็ว ๆ นี้เราได้แสดงให้เห็นผ่านการเปลี่ยนแปลงโมเลกุล (MD) การศึกษาแบบจำลองว่าเป็นเพราะขนาดของพวกเขา (ประมาณ 1 นาโนเมตรเส้นผ่าศูนย์กลาง) และรถตู้ที่แข็งแกร่งเดอร์ Waals (กระจาย) ปฏิสัมพันธ์ (เนื่องจากความหนาแน่นสูงของอะตอมพื้นผิว), ฟูลเลอรีประพฤติไม่ชอบคลาสสิก โมเลกุลของน้ำหรือน้ำ surfaces.25-27 เช่นเราพบว่าความสัมพันธ์ของคู่ของ C60 ฟูลเลอรีที่ถูกครอบงำด้วยปฏิสัมพันธ์โดยตรงที่แข็งแกร่ง fullerene-fullerene ที่น่าสนใจ น่าแปลกที่น้ำปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างฟูลเลอรีพบว่าน่ารังเกียจ โดยเฉพาะมันก็พบว่ามีความหนาแน่นสูงอะตอมบนพื้นผิว fullerene ก่อให้เกิดการมีปฏิสัมพันธ์ที่ดีสูง fullerene น้ำอันเนื่องมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กระจายคาร์บอนน้ำที่แข็งแกร่ง ต้นกำเนิดพลังของการมีปฏิสัมพันธ์ที่น่ารังเกียจนี้น้ำที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคนาโนคาร์บอนในทางตรงกันข้ามกับสมาคมเอนโทรปีที่ขับเคลื่อนด้วยการปฏิบัติสำหรับสารอินทรีย์ธรรมดาไม่ชอบน้ำ nonpolar.
เพื่อศึกษาผลกระทบของคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของฟูลเลอรีในการทำงานร่วมกันของพวกเขาด้วยและการขนส่งที่แฝงเข้ามา เยื่อไขมันที่เราได้ดำเนินการจำลอง MD ทุกอะตอมของ fullerene C60 ในไฮเดรทเต็มที่ di-myristoyl-phoshatidylcholine (DMPC) เยื่อไขมัน ในวันที่การศึกษาการคำนวณของการขนส่งในเยื่อหุ้มโมเลกุลไขมันที่ได้รับส่วนใหญ่ที่มีขนาดเล็ก molecules.28-44 จำลองละอองไม่กี่ studies45,46 ได้มองไปที่การทำงานร่วมกันของอนุภาคนาโนคาร์บอนตามที่มีเยื่อหุ้มเซลล์รูปแบบ แต่ยังไม่ได้รับการแก้ไขการซึมผ่านของเหล่านี้ อนุภาคนาโนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ เพียงสองประเด็นการจำลองการทำงานอยู่ของการซึมผ่านของฟูลเลอรีผ่านเยื่อหุ้มเซลล์รูปแบบ ครั้งแรกที่ใช้รูปแบบเนื้อหยาบในการตรวจสอบการขนส่งของอนุภาคนาโนรุ่น (fullerene เหมือน) ผ่านรูปแบบของไขมัน membrane.47 ในขณะที่งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นบางส่วนสอดคล้องกับคุณภาพการจำลองละอองกล่าวถึงด้านล่างผลการจำลองเหล่านี้จะต้องดำเนินการด้วยความระมัดระวังเนื่องจาก การเป็นตัวแทนที่ค่อนข้างดิบของน้ำและโมเลกุลไขมัน การศึกษาที่สองใช้การจำลองละอองเพื่อเปรียบเทียบการขนส่งของ C60 และ C60 (OH) 20 จากน้ำเป็น di-palmitoyl-phosphatidylcholine (DPPC) bilayer48 และพบว่า fullerene เก่าแก่พร้อมที่จะ "กระโดด" ใน bilayer และโยกย้ายผ่านเมมเบรนในขณะที่ C60 (OH) 20 ก็ไม่สามารถที่จะทำเช่นนั้นมากกว่าความยาวทั้งหมดของการจำลอง ผู้เขียนอธิบายความแตกต่างที่สังเกตได้ในความสามารถของฟูลเลอรีที่เก่าแก่และ OH-ปรับเปลี่ยนให้เข้า penentrate bilayer โดยการวิเคราะห์ศักยภาพของแรงเฉลี่ย (PMF) การแสดงบน fullerene เป็นหน้าที่ของตำแหน่งเทียบกับศูนย์ bilayer ของมวล อย่างไรก็ตามในขณะที่เราจะหารือด้านล่าง PMF ที่ได้รับจากการทำงานที่ไม่สอดคล้องกับข้อมูลของเราเช่นเดียวกับข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับการละลายของฟูลเลอรีในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน.
ครั้งที่สอง
วิธีการคำนวณเอ สนามพลัง bilayer ศึกษาในแบบจำลองของเราจะแสดงให้เห็นในรูปที่ 1 และประกอบด้วย 52 โมเลกุล DMPC 1800 และโมเลกุลของน้ำ พารามิเตอร์สนามพลังโมเลกุลไขมันถูกนำมาจาก CHARMM27.49 ศักยภาพ intra- และโมเลกุลน้ำถูกนำมาจาก TIP3P model.50 ปฏิสัมพันธ์คาร์บอนใน C60 ถูกอธิบายโดยศักยภาพ Lennard โจนส์กับσCC = 3.47 และ εCC = 0.275kJ mol-1 มาใช้ในการจำลองก่อนหน้าของ C60.51 สำหรับการปฏิสัมพันธ์ระหว่าง C60 และน้ำ Lennard โจนส์อาจเกิดขึ้นกับσCO = 3.19 และεCO = 0.392 kJ mol-1 utilized.25 ปฏิสัมพันธ์ Nonbonded ที่จะถูกรวม ระหว่างอะตอมทั้งหมดของโมเลกุลที่แตกต่างกันและระหว่างอะตอมของโมเลกุลเดียวกันคั่นด้วยมากกว่าสองพันธบัตร กฎการรวมเรขาคณิตถูกนำมาใช้ในการคำนวณการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่าง C60 และ DMPC เช่นเดียวกับน้ำและการ DMPC เรามีการจ้างงานที่อาจเกิดขึ้นก่อนหน้านี้ในการจำลองของ C60 ฟูลเลอรีในน้ำ environments.25-27,52

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

อัตราการผลิตอนุภาคคาร์บอนที่ใช้ ( เช่น ฟูลเลอรีนคาร์บอนและ C60 ) , และด้วยเหตุนี้อัตราแนะนำของพวกเขาในสภาพแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ ความหลากหลายของสารประกอบผสมผสานอนุภาคนาโนคาร์บอนโดยเฉพาะคาร์บอนเพื่อการแพทย์ และการส่งมอบยาได้ถูกพัฒนาหรืออยู่ภายใต้การพัฒนา1-6 มีการศึกษาพบว่าผ่านการดัดแปรทางเคมีเป็นไปได้ที่จะควบคุมเวลาสำหรับการขับถ่ายของคาร์บอนละลายน้ำจากร่างกาย นอกจากนี้ มีการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสม ฟลูเลอรีนโมเลกุลสามารถอพยพผ่านร่างกายทั้งหมด รวมทั้ง บริษัท เวสเทิร์น เลือดสมองอุปสรรคโดยไม่ต้องดูดซับโปรตีนเซรั่มตัวอย่างของการประยุกต์ใช้ชีวการแพทย์ที่มีของโมเลกุล DNA ที่ประกอบด้วยคาร์บอนฟูลเลอรีนดัดเกลียวดีเอ็นเอเป้าหมายสองครั้งและ protease inhibitors ฉีก 10 ต่อ 11 โรคมะเร็งผิวหนังรักษา 7 เวกเตอร์ขนาดกลางที่มีศักยภาพการใช้ยีนบำบัดในโรค 12 ยาต้านโรค Neurodegenerative 3,13-16 และมีประสิทธิภาพ , ตัวแทนความคมชัดสำหรับการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก17
เมื่อสังเคราะห์วัสดุใด ๆที่เป็นที่รู้จักในระบบชีวภาพ ผ่านการออกแบบ หรือผ่านการใช้สิ่งแวดล้อม ปัญหาสุขภาพและผลกระทบที่อาจเกิดขึ้น biocompatibility คงเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด ไม่กี่การศึกษาปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนและคาร์บอนนาโนกับเราได้รับ reported.18 ,19 ในขณะที่ยังคงมีการโต้เถียงว่า C60 เก่าแก่และอนุพันธ์ มี สุขภาพ และสิ่งแวดล้อม dangerous20 มีหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สามารถ cytotoxic21-23 คาร์บอนและการเปิดรับของเซลล์ที่มีชีวิตเพื่อ C60 ต่อเยอรมันอนุพันธ์และมวลรวมของพวกเขาสามารถผลในการหยุดชะงักของเยื่อหุ้มเซลล์ เนื่องจากการเกิด lipid peroxidation24 การเพิ่มพื้นฐานความเข้าใจของปฏิสัมพันธ์ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์และคาร์บอนเป็นศูนย์กลางอาจส่งผลต่อความเข้าใจของคาร์บอนฟูลเลอรีนตามคงและโมเลกุลในเซลล์ที่มีชีวิต รวมทั้งช่วยในการออกแบบสำหรับประสิทธิภาพจากวัสดุชีวภาพ . เมื่อเร็วๆ นี้เราได้แสดงผ่านการจำลองพลศาสตร์เชิงโมเลกุล ( MD ) ศึกษาว่า เนื่องจากขนาดของพวกเขา ( ประมาณ 1 นาโนเมตรในเส้นผ่าศูนย์กลาง ) และแรงแวนเดอวาลส์ ( กระจาย ) ปฏิสัมพันธ์ ( เนื่องจากความหนาแน่นสูงของอะตอมบนพื้นผิว ) ฟูลเลอรีนทำตัวไม่เหมือนโมเลกุล ) คลาสสิกหรือเหมือนพื้นผิว ) .ครั้งที่เราพบว่า ความสัมพันธ์ของคู่ของ C60 ฟูลเลอรีน dominated โดยตรง แข็งแรง ฟลูเลอรีน−ต่อเยอรมันมีเสน่ห์เพิ่มขึ้น จู่ ๆน้ำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างคาร์บอนพบว่าอยู่ที่น่ารังเกียจ โดยเฉพาะพบว่า ความหนาแน่นของอะตอมสูงบนพื้นผิวต่อเยอรมันให้สูงขึ้นในมงคลสูงน้ำ บริษัท เวสเทิร์น ฟลูเลอรีนการโต้ตอบเนื่องจากแรงคาร์บอนน้ำกระจาย บริษัท เวสเทิร์น การโต้ตอบ ที่มาแรงของน้ำนี้เกิดจากปฏิสัมพันธ์น่ารังเกียจระหว่างคาร์บอนนาโนอยู่ในสิ้นเชิงกับเอนโทรปีขับเคลื่อนสมาคม ) สารอินทรีย์แบบไม่มีขั้ว )
.เพื่อศึกษาผลกระทบของ คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของคาร์บอนในการโต้ตอบกับและ passive การขนส่งในเยื่อไขมัน เราได้ดำเนินการทุกอะตอม MD จำลองของ C60 ต่อเยอรมันในเต็ม hydrated ดี myristoyl phoshatidylcholine ( dmpc ) ของเยื่อแผ่น วันที่คำนวณการศึกษาโมเลกุลไขมันเป็นหลักในการขนส่งเมมเบรนจำกัด โมเลกุลขนาดเล็ก28-44 เป็นแบบจำลองปรมาณูไม่กี่ studies45,46 มองปฏิกิริยาของคาร์บอนนาโนกับเยื่อหุ้มเซลล์ตามรูปแบบ แต่ไม่ได้ระบุค่าการซึมผ่านของอนุภาคเหล่านี้ผ่านเซลล์เมมเบรน เพียงสองจำลองงานแก้ไขปัญหาความซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของคาร์บอนแบบครั้งแรกที่ใช้เป็นแบบที่มีเนื้อหยาบเพื่อตรวจสอบการขนส่งอนุภาคนาโนแบบฟลูเลอรีนชอบ ) โดยรูปแบบของ membrane.47 ในขณะที่ทำงานพบคุณภาพสอดคล้องกับแบบจำลองปรมาณูกล่าวถึงด้านล่างผลลัพธ์ของแบบจำลองเหล่านี้ควรจะดำเนินการด้วยความระมัดระวัง เนื่องจากการแสดงค่อนข้างดิบของน้ำและไขมันโมเลกุลการทดลองใช้แบบจำลองปรมาณูเปรียบเทียบและการขนส่ง C60 C60 ( OH ) 20 จากน้ำในดิ palmitoyl ฟอสฟาติดิลโคลีน ( dppc ) bilayer48 และพบว่าฟลูเลอรีนเก่าแก่พร้อมสามารถ " กระโดด " เข้าสู่และผ่านเมมเบรนสองชั้นโยกย้ายในขณะที่ C60 ( OH ) 20 ไม่สามารถทำได้มากกว่าความยาวทั้งหมดของ การจําลองผู้เขียนอธิบายว่า ความแตกต่างในความสามารถของที่เก่าแก่และโอแก้ไขเพื่อ penentrate เป็นคาร์บอนสองชั้นโดยการวิเคราะห์ศักยภาพหมายถึงบังคับ ( PMF ) รักษาการในฟูลเลอรีนเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งสัมพัทธ์กับสองชั้น ศูนย์กลางของมวล แต่ที่เรากล่าวถึงด้านล่างในระบบที่ได้จากงานที่สอดคล้องกับข้อมูล รวมทั้งข้อมูลเกี่ยวกับการละลายของคาร์บอนในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน .
2 การคำนวณวิธีการ
A แรงสนาม สองชั้นเรียนในแบบของเรา คือ แสดงในรูปที่ 1 ประกอบด้วย 52 dmpc โมเลกุลและ 1800 น้ำโมเลกุล บังคับฟิลด์พารามิเตอร์สำหรับโมเลกุลไขมันที่ได้จาก charmm27 .49 ภายในและศักยภาพ์น้ำ นำมาจาก tip3p model.50 คาร์บอนคาร์บอนระหว่าง− C60 ถูกอธิบายโดยเลนนาร์ด โจนส์ ที่อาจเกิดขึ้นกับσ CC = 3.47 และกริพเพนε CC = 0.275kj mol-1 ตามที่ใช้ในก่อนหน้านี้ c60.51 สำหรับการจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่าง C60 และน้ำ , เลนนาร์ด โจนส์ ที่อาจเกิดขึ้นกับσ Co = 3.19 และกริพเพนε Co = 0.392 KJ mol-1 จังหวัดศรีสะเกษ25 nonbonded รวมปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมของโมเลกุลที่แตกต่างกันและระหว่างอะตอมในโมเลกุลเดียวกันโดยแยกมากกว่าสองพันธบัตร เรขาคณิตรวมกฎที่ใช้ในการคำนวณและปฏิสัมพันธ์ระหว่าง C60 dmpc เช่นเดียวกับน้ำและ dmpc . เราเคยใช้ศักยภาพนี้ในการจำลองสภาพแวดล้อมในน้ำ 25-27,52 C60 คาร์บอน .