第七届青年地学论坛

纳米材料进入生物体系中后，会迅速在其表面形成蛋白冠层。蛋白冠层的组成和性质直接决定了纳米材料的生物效应。越来越多的研究开始关注纳米材料本身的性质对蛋白冠层形成的影响。本研究选取了形貌相似、暴露晶面不同的镉基纳米材料：CdSe纳米颗粒、CdSe纳米棒和CdS纳米棒，结合LC-MS/MS、模型分子吸附实验及密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）计算等研究手段，系统地研究了暴露晶面对晶体纳米材料表面蛋白冠层形成的影响机制。研究发现，镉基纳米材料的（100）晶面对转铁蛋白（transferrin）有很强的选择吸附倾向；通过DFT计算，我们发现（100）晶面比（002）晶面对巯基（-SH）官能团有更低的吸附能，同时结合MD计算，我们发现转铁蛋白分子更倾向于“趴伏”在（100）晶面，而“逃离”（002）晶面，从分子层面证明了（100）晶面更容易且更稳定地吸附转铁蛋白分子。由于转铁蛋白修饰的纳米药物对肿瘤细胞有较好的靶向性，因此利用（100）晶面对转铁蛋白特别的选择吸附倾向，（100）晶面含量较高的镉基纳米材料可以更容易更多地被肿瘤细胞摄入。
基于LC-MS/MS，我们进一步发现镉基材料的（100）晶面比（002）晶面对巯基含量相对较高的蛋白质有更明显的选择吸附倾向。通过MD计算不同晶面与血清白蛋白的界面过程，我们发现（100）晶面对白蛋白的静电作用要小于（002）晶面，同时两个晶面对白蛋白分子的范德华作用相似，与（100）晶面的选择吸附倾向相悖，这提示我们导致两种晶面吸附差异并不单纯是物理作用；因此我们利用第一性原理分子动力学（AIMD）计算，加入了界面化学络合作用，结果显示两种晶面都不会破坏蛋白肽段上的二硫键，但是（100）晶面上的Cd原子会与二硫键中的一个S原子进行电荷转移，络合成键，而（002）晶面没有这种电荷转移、成键的现象，因此（100）晶面对白蛋白吸附能比（002）低。这一结果从原子层面进一步说明了镉基纳米材料不同暴露晶面与蛋白分子之间的界面过程，为新型纳米材料在生物医药领域的应用提供调控思路。
 

镉基纳米材料；暴露晶面；蛋白冠层；选择吸附