ПРИМЕНЕНИЕ ГИБРИДНОГО МЕТОДА В МОДЕЛИРОВАНИИ ПОВЕДЕНИЯ СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР
Е., С., В.
Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского,
Образовательно-научный институт наноструктур и биосистем
E-mail: shmygin. *****@***com
В настоящее время является актуальным исследование взаимодействия биологических молекул и углеродных наноструктур, что обусловливается возможностью применения последних в области биотехнологий [1]. В целях транспортировки лекарств в разные части организма и их проникновения внутрь клеток изучается поведение клеточных мембран, представляющих собой фосфолипидный бислой, и их взаимодействие с различными структурами, в том числе и углеродными [2, 3].
Для описания системы, состоящей из фосфолипидов и углеродных структур, можно воспользоваться различными методами и подходами. Так, к примеру, потенциал AMBER [4] может описать взаимодействие между атомами такой гибридной системы, но, во-первых, параметры, используемые в данном методе для описания взаимодействия между атомами углеродных нанотрубок и графеновых листов, не позволяют удовлетворительно моделировать механические свойства углеродных наноструктур, а во-вторых — сам вид потенциала не позволяет моделировать ситуации, в которых должны произойти образования или разрывы химических связей. В свою очередь, потенциал Бреннера [5, 6] позволяет моделировать углеродные наноструктуры с необходимой достоверностью, включая и ситуации с разрывом и образованием химических связей в этих системах, но имеет другое ограничение — в известных реализациях метода возможно рассчитывать системы, состоящие не более чем из трех типов атомов — углерода, водорода и кислорода.
Возможным решением данной проблемы может являться комбинация различных методов. Для этого была реализована гибридная методика расчёта, позволяющая комбинировать различные полноатомные потенциалы и объединяющая их при помощи дополнительного потенциала, используемого для расчёта несвязанных химически атомов — например, потенциал Леннарда-Джонса.
|
Рис. 1. Значения потенциальной (синий) и полной (зеленый) энергий во время расчёта. |
|
|
Рис. 2. Примеры композитных систем, состоящих из углеродных наноструктур и биологических молекул. |
Было проведено молекулярно-динамическое моделирование поведения системы, состоящей из углеродных наноструктур и молекул фосфолипидов, с помощью созданной гибридной методики расчёта, позволяющей комбинировать полноатомные потенциалы.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-офи_м №15-29-01025
Библиографический список
1. Ren J., Shen S., and etc. The Targeted Delivery of Anticancer Drugs to Brain Glioma by Pegylated Oxidized Multi-Walled Carbon Nanotubes Modified with Angiopep-2 // Biomaterials. 2012. V. 33. P. 3324–3333.
2. Lelimousin M., Sansom M. S. Membrane Perturbation by Carbon Nanotube Insertion: Pathways to Internalization // Small. 2013. V. 9. P. 3639–3646.
3. Wallace E. J., Sansom M. S. Blocking of Carbon Nanotube Based Nanoinjectors by Lipids // Nano Lett. 2008. V. 8. P. 2751-2756.
4. Dickson, C. J., and etc. GAFFlipid: a General Amber Force Field for the accurate molecular dynamics simulation of phospholipid. // Soft Matter. 2012. V. 8. P. 9617-9627.
5. Brenner D. W. Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition of diamond films // Phys. Rev. B. 1990. V. 42. No. 15. P. 9458-9471.
6. Stuart J. S., Tutein A. B., Harrison J. A., A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions // Journal of Chem. Phys. 2000. V. 112. No. 14. P. 6472-6486.
Сведения об авторах
Глухова Ольга Евгеньевна – д. ф.-м. н., профессор, г.
Савостьянов Георгий Васильевич — аспирант, г.
Шмыгин Дмитрий Сергеевич — аспирант, г.
Вид доклада: стендовый
Основные порталы (построено редакторами)