1、載藥微顆粒的介觀動力學(xué)和DPD模擬 彭鶯 卓莉莉指導(dǎo)教師：李秀喜Mesodyn of drug-loaded particles and its DPD simulation目錄 模擬的基本原理 模擬參數(shù)的計算 布洛芬在PLA和PLGA聚合物微顆粒中分布狀況的模擬模擬的基本原理 一、介觀體系與介觀模擬 介觀體系： 介觀體系是指介于宏觀與微觀之間的一類體系. 這些體系既不是純粹的固體體系， 也不是純粹的液體體系。其中分子聚集成的微相區(qū)介于微觀和宏觀之間(101000nm ) ， 統(tǒng)稱為介觀體系。 介觀體系的應(yīng)用領(lǐng)域 材料科學(xué) 生命科學(xué) 環(huán)境科學(xué) 能源科學(xué)介觀模擬比較成熟的兩種方法 介觀動力學(xué)（M

2、esodyn） 耗散顆粒動力學(xué)（dissipative particle dynamics， DPD）介觀動力學(xué) 介觀動力學(xué)是基于時間相關(guān)金斯伯格-朗道模型( time-dependent Ginzburg-Landau model) 的理論計算模擬方法。金斯伯格-朗道模型通常包括基于密度的自由能的唯象擴展，它可用來模擬體系中的熱動力學(xué)力和一套隨機擴散方程或修正的南維-斯托克斯(Navier-Stokes) 方程， 從而預(yù)測體系的時間演變過程。耗散顆粒動力學(xué) 耗散顆粒動力學(xué)(DPD) 是模擬類似表面活性劑溶液和共聚物熔體這樣的復(fù)雜流體的一項技術(shù)， 是分子動力學(xué)(MD) 和晶格氣體自動控制( l

3、attice gas automata) 的進一步發(fā)展，DPD 直接在其運動方程中引進長程流體力學(xué)力， 從而能更真實地模擬相分離的動力學(xué)過程和其他依賴于長程相互作用的過程。DPD模擬中的基本概念 珠子：DPD 方法中的基本顆粒, 它表示流體材料的一個小區(qū)域, 相當(dāng)于在MD模擬中我們所熟悉的原子和分子。 珠子對之間存在的三種力： 保守力：簡諧守恒相互作用 耗散力：表示運動的珠子(即流體元素) 之間的粘滯阻力 隨機力：為保持不擴散對系統(tǒng)的能量輸入DPD運動方程 保守力是具有最大值aij的排斥中心力： 耗散力正比于兩個珠子的相對速度，并起到減小其相對角動量的作用： 隨機力也在所有珠子對之間起作用并受

4、到類似的短程截止半徑限制, 具有概率差分函數(shù)R (rij), 并具有使能量注入到系統(tǒng)的作用。模擬參數(shù)的計算 首先將PLA和PLGA兩種聚合物的分子進行粗?；幚恚?是這兩種聚合物的分子結(jié)構(gòu)以及它們的粗?；^程。表1 PLA和PLGA的分子結(jié)構(gòu)和粗?；酆衔锩Q分子結(jié)構(gòu)及其粗粒化PLAPLGA 采用Materials Studio軟件中Discover和Amorphous Cell 兩個模塊在Compass力場下計算各珠子在298K條件下的溶解度參數(shù)和摩爾體積。計算結(jié)果如表2所示。表2 珠子的溶解度參數(shù)和體積珠子名稱溶解度參數(shù)(J/cm3)0.5珠子摩爾體積(cm3/mol)la25.8073

5、.09ga28.5756.23表3 珠子間Flory-Huggins參數(shù)ijparameterwlagadadbdc xijw0la8.910ga5.550.20 0da28.45 5.55 7.44 0db17.96 1.51 2.68 1.30 0dc9.80.02 0.32 5.01 1.22 0表3 珠子的DPD模擬參數(shù)aijparameterbeadswlagadadbdc aijw25.00la54.1225.00ga43.1425.6525.00da117.97 43.1349.31 25.00db83.6929.9233.75 29.2525.00dc57.0325.0526.

6、06 41.3729.00 25.00布洛芬在PLA和PLGA聚合物微顆粒中分布狀況的模擬 模擬計算在尺寸為(202020)rc3、具有周期性邊界條件的盒子中進行。同一分子中相互連接的珠子之間存在彈性力，彈性常數(shù)設(shè)定為C=4 146。每一個模擬計算進行10,000步，其步長為0.05 ns。 下圖是摩爾百分含量分別為3.8布洛芬、0.5PLA、0.1PVA和95.6水的模擬體系中聚集形態(tài)隨模擬步數(shù)的變化情況。為了清楚地觀察體系的演變過程，圖中沒有顯示水分子。 a. 100 stepsb. 500 stepsc. 1000 stepsd. 1500 stepse. 2000 stepsf. 5000 stepsg. 17000 stepsh. 20000 stepsi. 30000 steps PVA, PLA, (Legends of the beads are all same in the following figures as in this figure)圖1 不同模擬步數(shù)載藥體系的形態(tài)ibuprofen PLAPLGA圖 2 包載布洛芬的PLA和PLGA聚合物微球模擬結(jié)果的剖面圖 carrier material, ibuprofen)總結(jié) 以上的研究結(jié)果表明，DPD 模擬方法可以用來直觀的描述載藥體系的微