[发明专利]一种蛋白在二氧化钛表面上吸附行为的仿真调控方法

摘要

本发明公开了一种蛋白在二氧化钛表面上吸附行为的仿真调控方法。该方法为：（1）构建材料表面模型；（2）建立蛋白‑表面‑溶液体系模型，通过分子动力学软件模拟蛋白在表面上的吸附过程；（3）计算均方根偏差、回转半径、二级结构含量以及吸附能量随时间的变化来描述蛋白的吸附行为；（4）改变表面的孔径大小，实现对蛋白在表面上吸附行为的调控，指导制备医用二氧化钛植入材料。本发明建立了一种基于计算机的、省时省力的方法去模拟蛋白在生物材料表面上的吸附行为并将其可视化，提供了一种蛋白吸附构象、吸附强度的仿真调控方法。本发明的方法计算效率高，成本低廉，为开发其他生物植入材料提供了强力的工具。

主权项

1.一种蛋白在二氧化钛表面上吸附行为的仿真调控方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）借助Materials Studio软件构建具有不同孔径分布的二氧化钛表面的分子模型；其中蛋白的分子结构直接从蛋白数据库‑PDB获得，在Gromacs软件中用最陡下降法进行能量优化；选取能量最低的蛋白结构作为吸附初始构型，然后与二氧化钛表面合并组成二元体系用于分子动力学模拟；（2）对步骤（1）构建好的蛋白‑表面复合系统进行分子动力学模拟，对整个体系都赋予CHARMM27力场，在体系中加入钠离子或氯离子至整个体系呈电中性，用最陡下降法和蛙跳式算法积分牛顿运动方程实现整个系统的能量收敛，系统温度一直维持在310K，并赋予1个标准大气压；对目标蛋白添加约束后进行1ns的NVT系综驰豫，最后撤销约束进行20ns的分子动力学模拟；（3）根据模拟的结果提取蛋白的空间位置的均方根偏差RMSD和回转半径RDF，用以评价蛋白构象的变化程度；如果RMSD和RDF上升趋势缓慢且变化幅度不大，则可以认为对应的蛋白构象结构较紧实，扩展面积小，否则，说明蛋白构象结构松散，扩展面积大；计算蛋白与表面的静电作用能和范德华相互作用能，两者加和得到吸附总能量，用以判断蛋白在表面上的吸附强度；（4）构建不同孔径大小的二氧化钛表面，设计多组平行模拟实验，对比蛋白的吸附构象和吸附强度；（5）在分析蛋白在不同孔径二氧化钛表面上的吸附结果后，可得到蛋白吸附行为受孔径大小影响的规律，从而调控蛋白吸附行为制备出特定功能的植入材料。