细胞膜是绝大多数药物尤其是靶向胞内特定生化通路的抗肿瘤药物分子发挥特定功效所必须跨越的生理屏障。细胞膜通道存在于细胞膜上,在形态上具有纳米级管状结构,在功能上可选择性地进行跨膜物质递送。细胞膜通道可分为原生型与人工构造型,其中原生型包括离子通道蛋白、孔蛋白以及水孔蛋白等。这些原生型通道蛋白所形成的亲水性通道只针对特异溶质的跨膜被动运输。人工构造型细胞膜通道主要包括碳纳米通道、DNA通道、电穿孔等等。研究表明,碳纳米管可自发地插入活细胞膜的脂质双分子层中,形成具有电导性的人工细胞膜碳纳米通道,可选择性地透过离子、水、DNA片段等,这对于研究与设计基于碳纳米管的膜纳米通道进行药物递送、单分子传递、生物成像、生物传感等具有重要意义。作为一种新兴的碳基纳米材料,碳纳米管由于其自身优异的物理化学特性,如较高的机械强度、较大的比表面积、优异的电导率和导热率、良好的电化学稳定性以及丰富的电子和光物理性能等,在金属复合材料、抗菌除污和防腐涂层、透明导电薄膜、场效应晶体管、薄膜晶体管、锂离子电池、超级电容器、燃料电池等能量存储设备、水净化等传统领域被人们所广泛关注。而近些年,碳纳米管在药物递送与生物传感、生物成像等生物医学的前沿领域也引起了诸多的探讨与研究。如碳纳米管具有较大的比表面积,表面可通过共价或非共价连接的方式负载更多的药物,而取决于碳纳米管直径和手性的近红外荧光特性则可应用于生物成像与传感等。本研究利用分子动力学和拉伸分子动力学模拟研究了抗肿瘤的小分子甲氨蝶呤、siRNA、多肽等在细胞膜碳纳米通道中的递送动力学。主要从穿膜时间与外加电场强度间的关系变化、细胞膜碳纳米通道内水分子的分布对甲氨蝶呤递送行为的影响、药物的结构变化对于递送行为的影响、细胞膜碳纳米通道对多肽与水分子间氢键的影响、细胞膜碳纳米通道对siRNA双链稳定性的影响等角度对不同类型的药物在细胞膜碳纳米通道中的递送动力学机制进行了探讨。在此基础上,对不同曲率的细胞膜碳纳米通道中药物递送过程计算了自由能曲线,揭示了不同曲率的细胞膜碳纳米通道对于药物递送难易程度的影响。本论文的主要研究结果如下:1.甲氨蝶呤、siRNA、KLA多肽在细胞膜碳纳米通道中的驻留时间t与外加电场强度E间均符合相同形式的幂购买Compound 3指函数变化关系(t=AE-k),即随着外加电场强度的增大,药物在细胞膜碳纳米通道内部驻留的时间呈幂指降低。2.利用伞形采样、拉伸分子动力学分别计算了甲氨蝶呤、KLA多肽、siRNA在不同曲率细胞膜碳纳米通道中递送过程的自由能变化与拉伸力强弱,其中甲氨蝶呤在MTX@CNT(10,10)体系的细胞膜碳纳米通道内部递送过程的势阱最深,KLA多肽在KLA@CNT(18,18)与KLA@CNT(22,22)两个体系中的势阱明显比KLA@CNT(20,20)与KLA@CNT(24,24)深,提示KLA与甲氨蝶呤与膜纳米通道间存在的强相互作用以及递送过程的难易程度,而siRNA在siRNA@CNT(20,20)与siRNA@CNT(24,24Complete pathologic response)中的拉伸力则接近0,提示在较大管径的细胞膜碳纳米通道内部siRNA与膜通道管壁间的相互作用较弱。3.在200mV/nm条件下,不同细胞膜碳纳米通道中siRNA穿膜前后的氢键变化差异不明显,而在其他CHIR-99021几个稍小的电场下,不同直径的细胞膜碳纳米通道间的差异较为明显,表现为细胞膜碳纳米通道的直径越大,氢键变化趋势越缓慢。而这一结果体现出高电场强度下对siRNA的链间氢键具有较强的破坏作用,可能影响其发挥药理作用。同时,细胞膜碳纳米通道的管径对于siRNA结构的完整性也具有一定的影响,在较小的纳米通道管径下,由于纳米通道与siRNA间相互作用较强,相比于较大的管径,其对siRNA的链间氢键破坏较强。