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用于模拟石墨烯 - 水相互作用的sdsc彗星超级计算机

研究表明,石墨烯可能有助于给药

一层石墨烯很薄,需要一百万层才能达到一毫米厚。使用sdsc彗星超级计算机进行的模拟显示了水滴中七个石墨烯薄片的横截面视图,并且多层石墨烯最终合并在一起。信用:solanky等。计算材料科学,162(2019)

石墨烯是一种二维材料,具有单个碳原子层,具有六边形结构,类似于蜂窝状。单层石墨烯,通常被称为单层石墨,如铅笔芯,透明度为97%,比钢强,几乎失重,并且可以导电。

这些属性使其成为在许多应用中使用的理想选择 - 一旦我们更好地了解它在各种条件下的行为。

研究人员一直在研究石墨烯自2004年首次被分离以来的许多应用。它已经被用于网球拍和自行车车轮。然而,另一个潜在用途的领域是药物输送,这是新泽西技术研究所(njit)研究人员进行的一项研究的重点。 最近出版 在里面 计算材料科学 日志。

njit机械和工业工程教授dibakar datta和他的团队使用了 彗星 位于加利福尼亚州圣地亚哥大学的圣地亚哥超级计算机中心(sdsc)的超级计算机,用于创建石墨烯 - 水相互作用的详细模拟,以确定石墨烯是否是将药物输送到身体特定部位的良好候选者。

虽然石墨烯已经在水基溶液中进行了多年的广泛研究,特别是在生物医学科学领域,但研究人员表示,当暴露于水或含水的液体时,他们仍需要更好地预测这种二维材料的表面特性。

研究结果详细描述了石墨烯如何与一滴水相互作用。 “石墨烯片放置在水滴内时,其中一个关键问题是石墨烯薄片的表现。” “进行实验以了解石墨烯 - 水相互作用是昂贵的并且需要大量的劳动,因此为了应对这一挑战,我们进行了计算机模拟以获得基本的洞察力。”

研究人员发现石墨烯薄片从液滴中出来包裹它,这意味着石墨烯是疏水的,或对水不利。对纳米复合材料的石墨烯包裹特别感兴趣,其中包裹的组分可以是纳米颗粒,纳米线,细菌,并且最有趣的是药物。对于药物输送,石墨烯片和药物可以放置洞察水滴。由于疏水性,所有薄片都会出来并包裹含有药物的液滴。

在水干燥后,石墨烯薄片完全包封药物并充当药物递送应用的货物。此外,根据布置,当多个石墨烯薄片放置在水滴内时,所有薄片都倾向于从液滴中出来并自组装或聚集在一起。这种自组装模式取决于水滴的大小和放置在其中的石墨烯薄片的几何形状。

自组装石墨烯可用于不同的基于石墨烯的医疗纳米器件。具体而言,这些模拟显示研究人员通过调整水滴内的石墨烯片的几何形状和初始排列,生物医学工程师,医生和其他医务人员可以利用最终的石墨烯包裹或自组装进行药物输送,其中水介质用于和其他医疗纳米设备应用。

“我们还研究了石墨烯薄片放置在液滴内部时是如何失效的,”datta解释道。 “石墨烯皱纹缠绕在水分子周围,这意味着它不会像石墨烯那样在非水介质中发生脆性或突然断裂或破裂。”

这项研究的财政支持来自njit。访问sdsc的 彗星 超级计算机是通过国家科学基金会极端科学和工程发现环境(xsede)计划的dmr170065和dmr180013分配完成的。


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