C 2N纳米片作为抗癌药物的递送载体：一项关于阿糖胞苷和氟达拉滨的密度泛函理论（DFT）研究

《Inorganic Chemistry Communications》：C 2N nanosheets as a drug delivery surface for anticancer agents: a DFT study on cytarabine and fludarabine

　　二维材料C?N的密度泛函理论（DFT）模拟显示，呋达拉宾与C?N的相互作用能（-36.09 kcal/mol）高于阿糖胞苷（-33.32 kcal/mol），且量子化学分析表明C?N通过氢键和范德华力稳定药物吸附。分子动力学模拟证实该材料在pH变化和温度（300 K）下具备可控释药性能，其HOMO-LUMO能隙缩小（7.02→6.42 eV）提示电荷转移增强。研究验证C?N作为抗癌药物载体的可行性，兼具高吸附性、低毒性和可控释放特性。

　　在现代医学领域，癌症治疗一直是一个重要的研究方向，其中白血病尤为常见。传统的治疗方法包括手术、放射治疗和化疗，这些方法虽然在某些情况下有效，但往往伴随着严重的副作用，如头痛、恶心、视力模糊和脱发等。随着研究的深入，科学家们开始探索更高效的药物输送机制，以减少这些副作用并提高治疗效果。近年来，纳米技术和计算方法在这一领域取得了显著进展，成为解决传统药物输送系统局限性的关键手段。

药物输送系统的核心目标是将药物精准地传递到病变部位，同时最大程度地减少对健康组织的损害。这一过程涉及多个因素，包括药物与载体之间的相互作用、药物在体内的释放机制以及载体的物理化学特性。传统的药物输送系统常常面临吸附能力低和生物利用度不足的问题，主要原因在于药物与载体表面之间的相互作用过于微弱或过于强烈。因此，研究者们致力于开发更先进的药物输送材料，以实现更高效的药物传递和更精准的靶向治疗。

在众多新型药物输送材料中，二维材料因其独特的结构和优异的性能而受到广泛关注。例如，C?N作为一种具有周期性氮化空腔和高热稳定性的二维材料，因其较大的比表面积、丰富的电子密度空腔以及良好的热稳定性，被认为在药物吸附和释放方面具有巨大潜力。C?N的结构由苯环和吡嗪环融合而成，形成了一个高度共轭的体系，使其在吸附药物分子时表现出良好的结合能力。此外，C?N还被广泛应用于电催化、光催化以及气体的分离、纯化和储存等领域，显示出其在多种应用场景中的多功能性。

为了更深入地理解C?N作为药物输送载体的潜力，研究者们采用了多种计算方法，包括密度泛函理论（DFT）模拟、非共价相互作用（NCI）分析、量子化学拓扑分析（QTAIM）、碎片分子轨道（FMO）分析以及分子动力学（MD）模拟等。这些方法不仅有助于评估药物与C?N表面之间的相互作用强度，还可以揭示药物在不同环境下的吸附行为和释放机制。例如，DFT模拟结果显示，氟达拉滨（F-ara-A）与C?N之间的相互作用比胞嘧啶阿霉素（CYT）更强，这表明F-ara-A在C?N表面具有更高的稳定性和更好的结合能力。

此外，研究还发现，C?N的表面在酸性环境中表现出更好的药物吸附性能。这是因为酸性环境能够促进药物-载体共轭物的解离，从而提高药物在肿瘤部位的释放效率。这一特性对于癌症治疗尤为重要，因为肿瘤组织通常具有较高的酸性，这使得C?N能够更有效地将药物传递到病变部位，同时减少对健康细胞的损害。同时，C?N的高热稳定性和良好的化学兼容性也使其在药物输送过程中表现出优异的性能。

在药物释放机制方面，研究者们通过分析药物在不同pH条件下的行为，揭示了C?N在药物释放过程中的动态变化。例如，分子动力学模拟显示，在300 K的温度下，C?N能够保持药物的稳定结合，而在不同pH条件下，药物的释放行为会发生显著变化。这一发现对于设计更智能的药物输送系统具有重要意义，因为它表明C?N能够根据环境的变化调整药物的释放速度，从而实现更精准的靶向治疗。

综上所述，C?N作为一种新型的二维材料，其在药物输送领域的应用前景广阔。通过先进的计算方法，研究者们能够深入理解药物与C?N之间的相互作用机制，评估药物在不同环境下的吸附和释放行为，并优化药物输送系统的性能。这些研究不仅为癌症治疗提供了新的思路，也为其他疾病的药物输送系统设计奠定了基础。未来，随着研究的深入和技术的进步，C?N有望成为一种高效、安全的药物输送载体，为患者带来更好的治疗效果和生活质量。