通过润湿性和温度调节二氧化硅气凝胶与溶剂的相互作用以用于药物载体：一种分子动力学方法

《Microporous and Mesoporous Materials》：Tuning silica aerogel-solvent interactions via wettability and temperature for drug carrier: A molecular dynamics approach

气凝胶药物递送中溶剂浸润阈值与表面亲水性、温度的关联性研究，通过大分子动力学模拟揭示纳米孔道内溶剂渗透机制，建立溶剂-固体相互作用势模型，验证接触角与附着力实验数据，发现低表面亲水性（μ<1.5）时溶剂浸润被强液体内聚力抑制，升温至350 K可使近表面溶剂分子数增加40%，为精准调控药物释放提供理论依据。

　　

宋浩新|纪世宇|董海燕|王峰

西安交通大学第一附属医院药学系，中国西安，710061

摘要

引言

分子动力学模拟

尽管二氧化硅表面的润湿性受硅醇基团等化学细节的影响，但我们的研究采用了一种策略性的抽象方法。我们将复杂的表面化学性质简化为单一的可调物理属性——润湿性，以隔离流体质量传递的基本物理过程。为此，我们调节了流体-固体相互作用势，创建了一个连续的润湿状态谱。这种方法使我们能够研究广泛的流体行为。

表面润湿性对溶剂润湿动态的影响

为了阐明表面润湿性在调节溶剂-气凝胶相互作用中的作用，我们通过调整相互作用强度参数$\backslash mu$来系统改变二氧化硅气凝胶表面的亲水性，该参数用于缩放水分子与二氧化硅原子之间的Lennard-Jones能量。图4至S3（见补充信息）展示了我们在不同时间间隔内的分子动力学模拟的侧视图、俯视图和横截面快照。

溶剂-气凝胶相互作用和润湿动态的热调控

为了研究溶剂渗透到亲水性二氧化硅气凝胶中的热响应性（这是温度敏感药物释放的关键因素），我们在不同温度（300 K、320 K、340 K和350 K）下进行了模拟。在这些模拟中，表面亲水性保持在一个恒定且适中的高水平（$\backslash mu\; =\; 1.5$），以隔离热能的影响。模拟快照展示了在这些不同温度下的水团簇渗透动态。

结论

在这项工作中，我们提出了一个结合了物理液体模型和纳米多孔气凝胶结构的全原子模型，并通过实验接触角和表面粘附力测量验证了该方法的有效性。利用这一大规模模拟（涉及约200,000个原子），我们确定了溶剂在具有不同亲水-疏水梯度的载体上的具体润湿行为。此外，该研究还提供了针对特定目标的量化渗透阈值数据。

CRediT作者贡献声明

宋浩新：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化。 纪世宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。 董海燕：撰写 – 审稿与编辑。 王峰：撰写 – 审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。