【摘 要】
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等离子体医学是近二十年发展起来的一门新兴交叉学科,将先进的等离子体科学技术应用于临床医学研究,在生物医学领域显示出巨大的应用前景,为疾病治疗提供新的思路。等离子体医学是高压放电技术引发的新领域,是生物电磁研究的前沿。等离子体在产生紫外线辐射和电场的同时,也会产生多种活性粒子,其中ROS(Reactive Oxygen Species)和RNS(Reactive Nitrogen Species)被
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等离子体医学是近二十年发展起来的一门新兴交叉学科,将先进的等离子体科学技术应用于临床医学研究,在生物医学领域显示出巨大的应用前景,为疾病治疗提供新的思路。等离子体医学是高压放电技术引发的新领域,是生物电磁研究的前沿。等离子体在产生紫外线辐射和电场的同时,也会产生多种活性粒子,其中ROS(Reactive Oxygen Species)和RNS(Reactive Nitrogen Species)被认为是等离子体发挥生物学效应的关键粒子。等离子体对生物组织乃至人体的有效性已通过众多实验证实,然而人们对等离子体医学的内在机理还缺乏深刻的认识。故本文采用反应分子动力学模拟方法针对等离子体中ROS与植物油脂肪酸及多肽结构之间的作用机理进行研究,明确等离子体与植物油和蛋白质的作用机制,从而深化对等离子体医学作用机理的认识。近年来,等离子体活化液体作为新的工具应用于生物医学领域,其中等离子体射流处理后的植物油已被证实在促进伤口愈合过程中发挥重要作用,但其内在机理尚不明确。本文采用反应分子动力学模拟对ROS与植物油脂肪酸的相互作用进行研究,分析ROS与脂肪酸分子具体的反应过程,给出等离子体处理后植物油脂肪酸最终的产物以及新生成的活性基团。例如,因脱氢反应在脂肪酸分子上形成不饱和键,加成反应后在脂肪酸上添加醇基、醛基等结构,或者反应产物中羧酸、不饱和醛的形成。另外,在模拟中还对ROS的剂量效应进行研究,发现ROS的剂量是植物油脂肪酸分子氧化的重要影响因素,脂肪酸中化学键的断键和成键比例随着活性粒子数目的增加而增加。蛋白质在等离子体处理的过程中出现类似于生物体内蛋白质翻译后修饰的化学修饰,导致蛋白质构象的改变进而影响其功能。蛋白质是由氨基酸以脱水缩合的方式形成的多肽链经折叠而成的化合物,为减少计算量,本文选择了两个长度为10个氨基酸的多肽分子作为研究对象,从模拟的角度研究ROS与多肽结构相互作用的过程。根据模拟结果可知,等离子体的氧化目标是多肽分子中的氨基酸侧链,可观察到脱氢、磺化、羟基化、羰基化、亚硝基化、环裂解、脱羧等氧化修饰类型。计算结果表明,ROS的种类和剂量都是影响多肽结构氧化修饰程度的关键因素,在多肽与100个O原子反应时出现了肽链断裂的现象,这可能诱发蛋白质的变性或失活。本文采用反应分子动力学模拟方法对等离子体中的ROS与植物油脂肪酸及多肽结构之间的作用机理进行探索,从分子层面提供等离子体与生物分子相互作用时的具体作用过程与化学反应路径。该研究将深化对等离子体活性粒子与大分子结构相互作用的认识,进一步促进等离子体医学和等离子体药学的发展。
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