所以，在本次实验中，我们选取石墨烯量子点为研究对象，通过模拟石墨烯量子点与药物的载体-药物体系在POPC膜中的行为，进行比较和分析，为设计载药体系提供新的思路。

1。1。3脱氧腺嘌呤核苷简介

脱氧腺嘌呤核苷，又名脱氧核苷，英文名为Deoxyadenosine，分子式是C10H13O3，分子量为251。24，是人体基因脱氧腺嘌呤核苷酸的重要组成部分。

图1 左图为脱氧腺嘌呤核苷的分子结构，右图为MD模拟中脱氧腺嘌呤核苷的构型，我们用DA来表示。

1。2石墨烯量子点简介

1。2。1 GQDs在生物医学中的应用

石墨烯量子点（Graphene quantum dots，GQDs）是石墨烯材料的衍生物，由碳原子组成，是一种新型的纳米材料[7-8]。由于独特的形态，超小的侧向尺寸和卓越的性能，石墨烯量子点具有优秀的光学、电学等性质，因而在生物医学领域具有广泛的应用，特别是在电化学生物传感器，生物成像，药物传递等领域具有巨大的潜力。因此，在本次工作中，我们利用分子动力学模拟的方法来探讨不同大小的石墨烯量子点能否作为良好的基因药物载体负载药物跨过脂质膜进入细胞。

 图2 不同尺寸的石墨烯量子点： (a) GQD7, (b) GQD19, (c) GQD61, (d) GQD151, and(e) GQD275

在本次实验研究中，我们主要选取了（a），（b）两种不同大小的石墨烯量子点。

1。2。2 GQDs的潜在细胞毒性

我们课题组在前期的相关实验研究中发现：小尺寸的GQDs可以垂直地轻松渗透到脂质膜[10]。在纳秒时间尺度上比GQD61大的GQD渗透进入脂质膜是相对困难的。小尺寸GQDs甚至会影响POPC膜的厚度。自由能计算显示GQD通过脂质膜渗透的自由能势垒可能随GQD尺寸的变化而大大改变。在高GQD浓度下，GQD分子可以在水中快速聚集，但在进入膜内部后解聚。此外，高浓度的GQD可以诱导脂质双层的结构性质和扩散性质的变化，并且它可以影响细胞信号转导。然而，具有相对小尺寸的GQD不足够大以机械损伤脂质膜。这些研究结果表明小尺寸的GQD细胞毒性低，可能适合生物医学应用[11-15]。

图3 小尺寸的GQDs在不同纳秒时间尺度上的渗透

1。3 POPC膜简介文献综述

POPC磷脂双分子层是常用的电中性生物膜模型。它由磷脂分子、蛋白质、糖脂、胆固醇等其他分子共同构成。

其中，磷脂双分子层的50%~60%由磷脂分子构成。磷脂是含有磷脂基团的脂类，是生物膜中最重要的脂类。磷脂分子主要由亲水的极性头部和疏水的非极性尾部组成，亲水头部聚集在一起，疏水尾部聚集在一起。磷脂分子的两亲性决定了POPC膜也具有两亲性。

每个POPC磷脂分子由胆碱头（Choline）、磷脂骨架（Phosphate）、酯基（Ester）和两条烷烃链组成。为了简化模型，我们使用了由274个POPC分子形成磷脂双分子层。亲水头部聚集在一起朝向外侧，疏水尾部聚集在一起朝向内侧。疏水作用使得双分子层具有很好的稳定性。POPC磷脂双分子的亲水端因带电荷易与带电荷的分子发生静电相互作用，疏水端则易与非极性分子发生共价相互作用。