Page 105 - 化学分析与检测技术

第三章 材料模拟技术的应用

CTS/mPEG 冷冻海绵形成了能量稳定的分子复合物，并且组成分子组分之间潜在
的化学相互作用可导致构象变化，从而导致共混物中的物理机械调节。该冷冻海
绵可以在神经组织工程中提供特殊的应用。
（3）杀菌抗菌

壳聚糖中的活性官能团能与细菌细胞膜发生相互作用，从而达到杀菌和抗菌
的目的，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、米
氏棒状杆菌等大量细菌展现出良好的抗菌活性。分子动力学模拟已成为表征细胞
膜和壳聚糖纳米颗粒之间相互作用的方法之一，因为这种方法提供了在高度受控

条件下直接在原子水平研究物质行为的可能性。Fuster 等使用对称带电脂质双层
和两种不同的壳聚糖模型，以不同程度的壳聚糖氨基质子化作为 pH 的函数，在
350K 的 NPT 系综下进行模拟，达到平衡时壳聚糖与细菌细胞膜表面发生强静电
相互作用渗透到脂质双层中或分散在脂质双层上，模拟结果与壳聚糖金纳米颗粒

的抗菌活性一致，其中壳聚糖的电荷密度是其抗菌活性的关键参数。Malekshah
等通过模拟对比了壳聚糖、壳聚糖席夫碱及壳聚糖席夫碱金属配合物与两种金黄
色葡萄球菌酰基载体蛋白还原酶的结合能，模拟结果表明，壳聚糖化合物可作为
抑制剂用于治疗金黄色葡萄球菌感染，其中壳聚糖席夫碱对两种金黄色葡萄球菌

酰基载体蛋白还原酶的亲和力更高。
2. 壳聚糖电解质膜燃料电池的模拟
石油和化石燃料燃烧造成了一系列严重的环境问题，如污染和全球变暖有关
问题。为减少或消除对不可再生能源的依赖，聚合物电解质膜燃料电池因其在相

对低温范围内的高效性和潜在用途而引起了广泛的研究兴趣。壳聚糖因其优异的
成膜性和燃料阻隔性而被认为是聚合物电解质膜燃料电池的研究热点。分子模拟
技术旨在为聚合物电解质膜的设计和合成提供经济可靠的工具。Chávez 等通过
分子模拟方法研究了交联壳聚糖膜的离子导电机理，观察到膜主干上的氨基领导

着电荷的流动迁移，对于用戊二醛交联的情况，壳聚糖膜结晶度的降低决定了系
统电导率的增加。Srinophakun 等从分子水平上阐述了壳聚糖膜的离子导电机理，
预测了扩散系数和离子电导率，结果表明含水量为40%的系统最适合作导电材料，
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且离子电导率为 7.14×10 S/cm。Zhang 等模拟研究了壳聚糖质子化度（pH）、
石墨烯含量、水含量和温度对壳聚糖中水合氢离子扩散的影响，与实验相比得出
了类似的结论，即 40% 的含水量是最适合水合氢离子输送的条件，温度对水合

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