在使用DFT和MD模拟的金属替代MOF-74框架中黄素吸附的机制
Yi Wang1, Mingyang Li2, Pengbo Duanmu3
1General Hospital of Ningxia Medical University, 804 Shenli Street, Yinchuan, 750004, China.
Scientific reports
|December 5, 2025
概括
这项研究使用计算方法来探索黄素如何与M-MOF-74材料相互作用. 在MOF-74中的金属选择显著影响黄素吸附和扩散,指导药物递送系统的设计.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算化学的计算化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 金属有机框架 (MOF) 对药物输送具有前景.
- 黄素是一种天然化合物,具有治疗潜力,但面临生物可用性挑战.
- 了解MOF中的宿主-客人相互作用对于优化药物加载和释放至关重要.
研究的目的:
- 研究黄素在M-MOF-74框架中的吸附和扩散机制 (M = Mg, Zn, Ni, Mn, Co).
- 阐明金属节点身份在控制黄素宿主-客人动态中的作用.
- 为设计基于MOF的药物输送系统建立结构-活动关系.
主要方法:
- 密度函数理论 (DFT) 计算用于分析电子结构和非共价相互作用.
- 分子动力学 (MD) 模拟用于研究吸附动力学,扩散和结合能量学.
- 静电电位 (ESP) 映射和减少密度梯度 (RDG) 分析用于相互作用位点的识别.
- DFT+U计算检查金属开放现场协调环境.
主要成果:
- 黄素的4-基-3-甲基分子作为电子捐赠体 (HOMO),而酸链作为电子接受体 (LUMO).
- 金属节点的身份显著影响吸附能力,动力学和结合亲和力,Mn-MOF-74显示最高的容量和Co-MOF-74最快的动力学.
- Zn-MOF-74表现出最高的黄素流动性,而Mg-MOF-74表现出最强的限制.
- 结合亲和度顺序确定为Mg > Mn > Co > Ni > Zn,与吸附性能相关.
结论:
- 在MOF-74框架中,金属节点的选择对控制黄素加载,扩散和释放至关重要.
- 计算洞察力为基于MOF的药物输送系统的合理设计提供了基础,并提供了量身定制的宿主-客人交互.
- 这项研究确立了MOF-74.4内的金属特征和黄素动态之间的明确结构-活性关系.
