随着纳米科技的迅速发展,纳米材料已经深入到生活的多个领域,例如：化工领域,材料领域,医药领域等。自从1985年发现富勒烯分子以来,碳纳米材料(富勒烯,碳纳米纤维,碳纳米管,石墨烯等)吸引了众多科学家的兴趣。凭借其优良的物理化学性能,机械性能,导电性能,碳纳米材料已经成为纳米材料中的热门材料。本文,我们选取研究最为热门的富勒烯分子作为碳纳米材料。富勒烯是脂溶性分子,在水溶液中易聚集成纳米尺度的颗粒。水溶液中的富勒烯具有结晶特性,倾向于形成稳定的聚集体结构。这些纳米颗粒可以穿过血-脑屏障进入生物体内。进入细胞内的富勒烯会影响细胞膜,膜蛋白,细胞器的正常功能。过去几十年里已经有很多人研究过单个富勒烯分子渗透过程(进入细胞膜的过程)的能量变化以及单个富勒烯分子对细胞膜结构的影响。目前为止,没有人用全原子模型研究过多个富勒烯分子的聚集过程以及富勒烯聚集体对脂质膜结构的影响。本文是在显性溶剂中通过全原子分子动力学模拟研究了多个富勒烯分子的自组装机制以及富勒烯聚集体对DOPC脂质膜结构的影响。模拟结果表明小的富勒烯聚集体能够进入脂质膜,并倾向于停留在距离膜中心1.0nm的地方。我们发现富勒烯的自组装机制有两种：1)渗透之前已彻底完成自组装过程；2)自组装过程伴随着整个渗透过程,即边组装边渗透。在聚集过程中,富勒烯具有多种稳定的堆积模式(如：等边三角形,四面体,三角双锥和畸形三角双锥,畸形八面体)。富勒烯聚集体会明显地影响脂质膜的局部结构,但是对脂质膜的整体结构并无太大影响。除了磷脂双分子层,脂质膜的另一重要组成部分便是膜蛋白。之前已有大量的研究表明富勒烯能与大量的蛋白结合并影响蛋白的生物活性。G-蛋白偶联受体作为药物分子作用靶点最多的跨膜蛋白,是一类对生物生命活动有重要影响的受体蛋白。目前为止,还没有人研究过富勒烯与β2肾上腺素受体间的相互作用。富勒烯能够通过疏水相互作用以及π-π堆积作用与β2肾上腺素受体的ECL2(extracellular loop2)和ICL2(intracellular loop2)结合。富勒烯衍生物(C60(OH)X,X=4,8)的羟基能与p2肾上腺素受体的ECL2, TM6, TM7形成牢固的氢键。富勒烯衍生物的几个羟基就像爪子一样牢牢地固定在结合位点的上方,堵住了配体进入结合位点的入口。富勒烯衍生物的羟基数目越多,与β2肾上腺素受体的结合能力越强。当C60(OH)8和异丙肾上腺素同时在β2肾上腺素受体的膜外时,C60(OH)8优先与β2肾上腺素受体结合。虽然C60(OH)8并不是直接与结合位点作用,但是C60(OH)8却能堵住配体的结合通道,阻碍配体将细胞外的信号传递给细胞内的蛋白。衍生物中羟基的位置也会明显影响它们的结合能力,羟基的位置越分散,与β2肾上腺素受体的结合能力越强。大多数情况下(除了C60_inl),富勒烯及其衍生物并不会进入脂质膜,而是待在β2肾上腺素受体附近。伴随着富勒烯进入脂质膜,C60_in1体系中的ICL2会完全翻转最终朝向富勒烯分子。富勒烯及其衍生物可能影响β2肾上腺素受体helix4的结构,导致helix4发生明显的扭曲,尤其是在helix4的下半部分。当富勒烯的表面上有4个羟基时,仍能观察到helix4发生了明显的扭曲。但是羟基数目增加到8时,helix4的结构几乎与纯蛋白体系一样,并没有改变。因此增加富勒烯衍生物的羟基数目可以降低对β2肾上腺素受体结构的影响。当5个富勒烯分子同时放在膜外时,出乎意料的是helix4的结构基本和晶体结构一致。这是因为其中的4个富勒烯堆积成了小的聚集体,聚集体的结构为四面体。虽然富勒烯及其衍生物能够影响β2肾上腺素受体的局部结构,尤其是helix4的结构,但是并不会破坏β2肾上腺素受体的整体结构。