二维（2D）石墨烯基纳米材料（GNMs）因其独特的性能组合，在生物医学应用中展现出潜力，这些性能包括机械强度、优异的电学和热学导电性以及高吸附能力，再加上其表面功能化易于实现，使得它们具有良好的生物相容性和生物活性。理论分子建模可以通过提供对这些纳米材料与生物系统相互作用的结构、动力学和相互作用的深入理解，来推进我们对二维石墨烯基纳米材料生物医学潜力的认识，这种细节层面的了解是目前仅靠实验无法获得的。
有鉴于此，
来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学的Irene Yarovsky等团队
报道了在研究二维石墨烯基纳米材料与生理相关生物分子系统的相互作用时，计算建模的最新进展和挑战，包括水溶液、肽链、蛋白质、核酸、脂质膜以及药物分子。还提供了理论贡献于石墨烯基生物材料和设备设计的示例。
本文要点
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（1）
计算建模有助于阐明二维GNMs与水、溶剂化离子和小分子、蛋白质、核酸以及脂质膜相互作用时的能量、结构和热力学性质。
（2）
理论建模提供的分子水平信息促进了潜在应用的发展，并帮助我们更好地理解了GNMs在生物系统中可能的细胞毒性效应。
（3）
大量证据表明，原始二维GNMs的固有疏水性限制了它们在水环境中的应用，因为它们与生物分子之间的强烈疏水作用和π-π堆积相互作用可能会对生物分子的天然结构和功能产生潜在破坏性影响。因此，目前的研究大多集中在调节石墨烯基纳米材料的表面特性上，包括其大小、形状和功能化，以优化它们与生物环境的相互作用。
（4）
全原子分子动力学（MD）模拟使我们能够系统地探索GO纳米颗粒的重要表面设计特征，包括其表面和边缘上含氧官能团的类型、浓度和分布。
（5）
此外，本文还探索了其他功能化策略，包括肽链、DNA、酶、蛋白质、聚合物以及无机原子/分子的共价和非共价结合。
参考资料
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https://doi.org/10.1002/smsc.202400505
来源：
EngineeringForLife
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