大气压低温等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)可直接作用于活体生物组织,具有低耗能、使用方便、安全性高、组织刺激小等优点,其在农业、医学领域具有广泛的研究及应用前景。现阶段的大气压低温等离子体已经在等离子体医学领域有着诸多应用方向,可直接与生物组织接触,.但等离子体活性粒子与生物大分子的机理尚未阐释清楚。蛋白质是生物体重要的生命物质,研究等离子体活性粒子与蛋白质的反应机理十分关键,两者的反应机理需要深入研究。在等离子体医学领域,尤其受到关注的是等离子体治疗癌症问题,实验发现等离子体处理癌细胞后可以诱导癌细胞凋亡与抑制癌细胞扩撒。其中研究人员做的较多的是关于大气压低温等离子体对恶性黑素瘤(malignant melanoma,MM)细胞的作用研究,实验表明大气压低温等离子体能够抑制黑素瘤细胞增殖与扩散,诱导黑素瘤细胞凋亡。近期研究人员也发现黑素瘤抑制活性(melanoma inhibitory activity,MIA)蛋白与黑素瘤扩散之间有着密不可分的关系,已经证实了 MIA蛋白质作为恶性黑素瘤的肿瘤标志物的特异性。模拟借助反应分子动力学(molecular dynamics,MD),利用ReaxFF,模拟等离子体中的ROS(reactiveoxygen species)活性粒子与蛋白质(MIA蛋白)分子的之间的反应,在分子和原子层面上解释等离子体活性粒子对蛋白质分子的破坏作用,不仅在微观上解释了等离子体活性粒子与蛋白质的反应机理,也从微观上解释了等离子体活性粒子抑制黑素瘤的扩散过程,这也有利于为等离子体抑制癌症的机理研究提供支撑。文章的主要内容包含以下几个方面:(1)综述了等离子体与等离子体技术的发展进程,介绍了等离子体中的活性成分、等离子体产生装置以及等离子体对生物大分子(包括蛋白质、脂质、核酸)的影响,介绍了研究所用的反应分子动力学、反应力场以及模拟所应用软件模块等。(2)利用分子动力学模拟的方法模拟了不同种类以及不同浓度的等离子体ROS活性粒子(包括基态氧原子、羟基、臭氧分子)与蛋白质分子(MIA蛋白分子)的反应。模拟结果表明ROS活性粒子与蛋白质分子主要进行脱氢反应,脱氢反应发生后有可能产生碳碳双键以及含氧官能团。在脱氢反应进行的同时,蛋白质的氨基酸残基结构与性质已经改变,对MIA分子的活性造成一定影响,如果脱氢反应发生在关键氨基酸分子上,会对MIA的二聚化造成严重的影响,最终会影响黑素瘤的扩散。若加入ROS活性粒子的浓度较高,则可能会发生蛋白质分子肽链断裂的反应,且结果显示ROS活性粒子浓度越高,脱氢反应就会越剧烈,核心氨基酸残基受到损坏的概率就越大,肽链断裂的概率也越高,对MIA蛋白活性的影响就越严重。在研究等离子体活性粒子与MIA蛋白反应的基础上,也研究了活性粒子与氨基酸分子的反应,不仅验证了 MIA蛋白与活性粒子的反应,也为等离子体活性粒子与其他蛋白质的反应提供了基础性研究。(3)在研究等离子体活性粒子与蛋白质反应的基础上,也研究了等离子体活性粒子与脂肪酸分子的反应机理,脂肪酸分子不仅是人体角质的重要组成成分,而且等离子体活性粒子需要穿过皮肤角质层才有可能接触到MIA蛋白分子,因此研究生物体内的脂肪酸分子与活性粒子的反应也十分有必要,对于揭示活性粒子作用于生物体脂质的微观反应机理具有重要意义。利用反应分子动力学模拟了不同浓度的ROS活性粒子与皮肤角质层脂肪酸(亚麻酸)分子的反应,从微观层面上解释了 ROS活性粒子与角质层脂肪酸分子的反应过程。作为对照,同时模拟了橄榄油主要三种脂肪酸分子与ROS活性粒子的反应。模拟结果显示,ROS活性粒子与脂肪酸分子主要发生的反应是脱氢反应,ROS活性粒子浓度越高,脱氢反应发生的就越剧烈,脱氢反应的结果有可能是单独的氢原子脱离脂肪酸分子也有可能会产生新的官能团,如醇基、醛基等。在脂肪酸分子与高浓度的ROS活性粒子反应过程中,也发现了少量的脂肪酸分子脱羧形成二氧化碳和碳链断裂的反应。