高分子网络中纳米颗粒扩散的分子动力学模拟

IMECH-IR > 非线性力学国家重点实验室

	高分子网络中纳米颗粒扩散的分子动力学模拟
英文题名	Diffusion of nanoparticles in polymer gels:Molecular dynamics simulation
	苏谦
导师	施兴华
	2017
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	固体力学
摘要	口服药物输送在疾病的治疗中扮演着极其重要的作用。然而载药颗粒穿过肠胃道粘膜的上皮组织之上的粘液层是进入血液循环系统、发挥药效的必经之路。由于粘液层的多孔介质属性以及胃肠道的快速清理机制，使得载药颗粒穿过这一屏障困难重重。本文从力学角度出发，对载药颗粒克服粘液中的粘蛋白网络障碍，提高扩散性能进行了研究。通过分子动力学方法，建立了模拟粘蛋白网络的聚合物网络模型，研究了纳米颗粒在粘液中的粘蛋白网络中的扩散，发现颗粒的形状效应会影响颗粒扩散系数：在相同的聚合物网络中，颗粒的扩散系数随着颗粒长细比的增加而增加。该研究对于纳米颗粒载体的设计具有一定的指导意义。同时，研究了纳米颗粒的弹性效应对颗粒在聚合物网络中扩散的影响。发现相比于较硬的和较软的纳米颗粒，刚度适中的纳米颗粒在聚合物网络中展现出了更好的扩散性能。本文分析了产生这一现象的原因，提出弹性颗粒适中的刚度和聚合物网络的粘附性能这两个因素的共同作用使得弹性纳米颗粒在扩散过程中更倾向变形为椭球状的颗粒，导致了扩散性能的增加。本文进行了相应的实验研究，结果与模拟结果吻合。另外，通过分子动力学模拟研究了聚合物网络粘附性能较弱的情况下，颗粒的弹性效应对颗粒扩散性能的影响。发现相比于较硬和刚度适中的纳米颗粒，柔性颗粒反而展现出更好的扩散性能。本文分析了产生这一现象的原因，认为没有了聚合物网络的黏附，柔性颗粒在扩散过程中由于自身的低刚度而获得最大的变形能力，从而能变形为小尺寸或细长型的颗粒，从而增加了其扩散性能。这一研究有助于进一步认识纳米颗粒的弹性效应对颗粒在粘蛋白网络中扩散的影响。通过分子动力学模拟，研究了不同粗细的聚合物纤维组成的网络以及循环剪切流场对颗粒扩散性能的影响。发现聚合物纤维越粗，颗粒的扩散性能越差。我们认为增加聚合物纤维的直径相当于增加了网络的空间阻碍作用。在循环剪切模型下，随着振幅的增加，颗粒的扩散性能降低；随着周期的减小，颗粒的扩散性能增加。该研究进一步认识了粘蛋白网络环境对于颗粒扩散性能的影响。
索取号	Mas2017-020
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60409
专题	非线性力学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	苏谦. 高分子网络中纳米颗粒扩散的分子动力学模拟[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.

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2017523160148.pdf（5936KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文