近年来,石墨烯量子点(GQDs)作为一种准零维纳米材料表现出优异的光电特性、低毒性、良好的生物相容性和生物可降解性。石墨烯量子点同时结合了石墨烯和量子点两者的优良性能,在生物成像、生物传感和药物载体等生物医学领域方面具有潜在的应用价值。研究发现GQDs是优异的输送载体,能有效负载并向细胞内输送药物、基因等。但是,针对石墨烯量子点的研究尚处于起步阶段,GQDs在药物运输中的作用、GQDs与阿霉素的相互作用机理及其细胞毒性等基础性问题仍不明确,这在一定程度上限制了其实际应用。分子动力学(MD)模拟的方法是一种被广泛用于研究纳米材料和生物分子之间原子水平机制的有效工具。本论文使用全原子力场对石墨烯量子点在药物运输中的作用、石墨烯量子点对阿霉素的吸附,以及对蛋白结构的影响进行模拟,全面研究了石墨烯量子点在生物医药中的应用。此外,我们还模拟了碳酸钙表面SCA-1蛋白的吸附以加深对无机材料-生物分子相互作用的理解。本论文的主要研究内容及结果如下:1、我们研究了模型药物阿霉素和脱氧腺苷在GQD辅助下转移进入POPC脂质膜这一过程的结构、热力学和动力学特性。模拟结果表明,GQD19能促进模型药物在纳米时间尺度内渗透到脂质膜中,且对细胞膜结构破坏较小。自由能计算进一步证实,在GQD19的帮助下,阿霉素或脱氧腺苷渗透到脂质双层膜中的转移自由能显著降低。合适尺寸的GQD可以通过降低药物渗透到生物膜中的转移自由能来辅助药物进入细胞膜。2、研究不同尺寸大小、氧化程度和不同残基的氧化石墨烯量子点(GOQD)对抗癌药物阿霉素的吸附行为。研究表明,GOQD氧化程度较低,尺寸较大时有利于两者的吸附。不同残基对吸附的影响研究发现GOQD边缘羧基的增加有利于增强两者之间的相互作用,而中心羟基的作用具有两面性,需要控制其在表面中的含量。3、探究不同尺寸大小、氧化程度的GOQD对绒毛蛋白片段HP35结构的影响。研究表明HP35不仅通过芳香族残基与GOQD表面形成π-π堆积作用,其表面的含氧基团也会与赖氨酸等残基相互作用。自由能计算结果证实HP35与尺寸更大、氧化程度更小的rGOQD275相互作用更强。但是由于GOQD尺寸较小,HP35不容易和被氧化的表面形成很稳定的吸附,从而不能够对HP35结构进行破坏,对于蛋白质的毒性并不明显。4、对SCA-1在方解石(104)表面的吸附行为进行了系统研究。研究结果表明,正电荷残基是蛋白质吸附在方解石(104)表面的主要残基,强的静电吸引作用是驱动力;桥连氢键在界面作用中扮演重要角色;蛋白质的偶极矩倾向于和表面保持平行。