因其独特的物理化学特性,纳米颗粒在药物输运、生物检测、细胞成像、光热治疗等生物医学领域中得到了广泛的应用。在这些应用中,纳米颗粒都需要与细胞膜发生相互作用。然而,纳米颗粒在生物医学应用也面临着巨大的挑战:细胞毒性和生物安全性。许多纳米颗粒可能损伤细胞膜,甚至杀死细胞。因此,理解纳米颗粒与细胞膜相互作用的微观机制进而改善其生物安全性,并进一步调控纳米颗粒穿过细胞膜或吸附在细胞膜表面的过程是非常重要的。对纳米颗粒进行表面功能化的修饰是改变纳米颗粒的性质及其与细胞膜相互作用的一种重要途径。这些修饰包括生物分子修饰、聚合物修饰、小分子配体修饰以及表面几何形状的修饰等。最近,两亲性Janus金纳米颗粒引起了人们广泛的关注。这种金纳米颗粒的金核的表面一半嫁接亲水配体,另一半嫁接疏水配体。这种独特的表面结构使Janus纳米颗粒成为理想的药物载体。相关的实验研究表明,相比于表面均匀的纳米颗粒,Janus金纳米颗粒更容易引起细胞膜内孔的形成。然而,Janus金纳米颗粒与细胞膜相互作用的微观分子机制仍然不是十分清楚。在本论文中,我们采用全原子分子动力学模拟方法研究了两亲性Janus金纳米颗粒与处于不同相的对称/非对称脂质双层膜之间的相互作用。研究结果表明,利用亲水和疏水的配体对金纳米颗粒表面进行两亲性Janus修饰是一种非常有效的调控金纳米颗粒在细胞膜表面吸附或渗透到脂质双层膜内的方法。本文的研究结果主要包括:(1)Janus颗粒可以很容易插入到对称无序的脂质双层膜内。由于对称无序的脂质双层膜完全是由不饱和的DLi PC组成,这类含有不饱和键的磷脂分子在细胞膜内的分布是比较散乱且无序,因此颗粒比较容易进入。(2)与对称无序的膜相比,Janus颗粒很难插入到对称有序脂质双层膜内。对称有序脂质双层膜由饱和的DPPC以及胆固醇按照一定的比例组成。对于DPPC和胆固醇按7:3的组分比构成的膜,我们同时做了4个模拟,结果发现只有两个模拟里的纳米颗粒可以插入到了膜内,另外两个模拟中的纳米颗粒只是吸附在膜的表面。对于DPPC和胆固醇按5:5组分比构成的膜,在重复的四个模拟中,没有一个模拟表明纳米颗粒能够进入双层膜内。这主要是由于在对称有序膜内,脂质分子和胆固醇排列比较有序且紧密,纳米颗粒很难插入到膜内。(3)对于由有序层和无序层构成的非对称脂质双层膜,Janus纳米颗粒总是可以轻易从有序层进入膜内。这主要是由于非对称双层膜具有朝向无序层的自发曲率,会发生自发弯曲。膜的弯曲会增大有序层内脂质分子之间的间距,从而降低脂质分子排列的有序度,在脂质分子之间形成一定的缺陷,从而有利于颗粒的进入。总之,纳米颗粒的插入主要受配体的疏水性、脂质分子排列的有序度以及膜的弯曲等因素的影响。这项工作为从原子尺度上理解两亲性Janus纳米颗粒与生物膜相互作用的微观机制提供了新的见解,也为金纳米颗粒在药物运输等生物医药方面的应用提供了新的设计思路。