纳米材料因其优异的理化性质被广泛应用于各个领域,由此带来的后果是纳米材料不可避免地会流入环境,进而借助呼吸、皮肤接触等方式进入人体内。此外,纳米材料在体内药物递送、疾病诊断等领域的广泛使用也会导致纳米材料滞留在人体内。外源性的纳米材料能够与人体内的蛋白质、核酸以及细胞膜等生物体组成部分进行相互作用,从而影响人体的生命机能,表现出一定的生物效应。基于这些现状,我们迫切需要了解纳米材料与生物分子间的作用机理,对材料的毒性及其生物效应有深入的认识。本学位论文中,采用分子动力模拟的方法探究了二维硅烯、二硫化钼纳米片以及二硫化钼纳米管与几种蛋白质分子间的相互作用机制,以揭示三种材料的生物效应。第一章:对纳米材料进行简单概述;介绍分子动力学模拟方法、硅烯与二硫化钼纳米材料,最后简述本论文的三个研究工作。第二章:硅烯纳米片与蛋白分子间的相互作用。硅烯是一种六边形褶皱结构的新兴二维纳米材料,有望成为生物医学领域的替代材料,研究硅烯纳米材料的安全性是重要且紧迫的。在这项工作中,利用分子动力学模拟方法研究硅烯纳米片和HP35（Villin headpiece subdomain）蛋白的相互作用机理。结果表明,作为一种广泛用于分子模拟的球形模型蛋白,HP35可以被快速吸附到硅烯纳米片表面,并形成稳定的结合模式,且蛋白质与材料间的接触取向和接触面积没有明显变化;在四次独立的模拟中均未观察到HP35结构的明显变形。此外,能量分析表明,Leu1、Asp3、Arg14、Ser15和Phe 35残基在吸附过程中起着重要作用;而对于维持HP35结构的三个重要疏水残基Phe6、Phe10和Phe17与硅烯纳米片没有紧密的相互作用,保持了HP35结构的完整性和稳定性。这些结果表明,硅烯纳米片对HP35显示出适宜的生物相容性。第三章:含空穴缺陷的MoS₂纳米片与YAP65之间的相互作用。纳米材料不可避免的缺陷会改变其结构与表面特性,进而影响它们与生物分子的结合。在本工作中,首先根据材料的结构与组成,设计了三种具有代表性的含不同空位缺陷的二硫化钼纳米片。使用分子动力学模拟研究含缺陷的材料与YAP65WW结构域（Yes-kinase associated domain）蛋白之间的相互作用过程。结果表明,在与MoS₂纳米片作用的过程中,YAP65的第三段β折叠结构丢失,这主要是YAP65与MoS₂之间强的范德华相互作用引起的。与理想的MoS₂纳米片相比,两种含缺陷的MoS₂(D_9p-MoS₂,D_12n-MoS₂)显著加速了YAP65的第三段β折叠结构的破坏,这应该是因为缺陷使MoS₂的表面活化并带电。在具有不同尺寸空位缺陷的MoS₂表面,YAP65表现出相似的结构损伤,阐明了材料空位缺陷对2D MoS₂纳米毒性的影响。第四章:MoS₂纳米管与信号蛋白之间的相互作用。利用分子动力学模拟手段研究MoS₂纳米管对信号蛋白YAP65 WW结构域与其配体PRM（富含脯氨酸的肽）结合过程的影响。基于WW结构域、PRM与纳米管之间的初始结合状态设计了四个体系,并观察到纳米管阻碍WW结构域与PRM结合的两种形式。第一种方式是WW结构域的活性位点被MoS₂纳米管占据,从而阻断WW结构域与PRM的结合。第二种方式是,WW结构域以W17和F29残基代替了两个高度保守的残基Y28和W39与PRM结合,形成一种不稳定的结合模式。这两种结果可能会使WW结构域失去其原有功能或传递错误信号。然而,MoS₂纳米管不会破坏已经处于结合状态的WW结构域和PRM的结构与结合方式。这些发现为MoS₂纳米管的纳米毒性提供更多有价值的见解。