近年来,碳纳米材料凭借其独特的理化性质和潜在的生物学功能吸引了各领域科研工作者们为之探索,使得纳米粒子在生物、医学、工业、农业等各个领域的应用得到了极大的拓展。不同的纳米微粒因其特性不同,可引起不同的生物学效应,对纳米粒子结构的操纵有助于调控其物理化学性质甚至生物学效应。例如,引入羟基、羧基或苯环等官能团对富勒烯进行表面修饰可以改变其周围的亲水-疏水环境,使纳米材料的功能进一步提升。与传统的宏观材料相比,纳米材料具有众多的功能化优势,纳米科学与生物医药等形成的交叉学科已经成为了新兴研究领域的重点研究对象。凝血酶是参与人体凝血过程中的关键酶,也是抗血栓和抗凝治疗的主要靶点。近年来的研究表明,经过表面修饰的富勒烯衍生物可以作为新型的纳米抗凝剂有效地抑制凝血酶,但其具体作用机制尚不清楚。本文采用分子对接、分子动力学模拟、分子力学/广义玻恩表面积计算等多种分子模拟方法,研究了带有不同侧链的富勒烯与凝血酶的结合方式,抑制机制和关键作用残基。结果表明受富勒烯骨架强疏水性影响,已有的四种富勒烯抑制剂主要通过范德华相互作用与凝血酶活性部位结合,作为竞争性抑制剂起作用。富勒烯衍生物与周围的Trp50、Asp51、Thr147、Asn151等残基形成了较强的范德华相互作用,进而引起了60-loop和γ-loop的构象变化,竞争能力进一步增强。富勒烯的碳骨架使周围趋于疏水环境,这使得带有疏水侧链的抑制剂,特别是带有大的含苯环的疏水侧链的抑制剂,与蛋白间有更大的结合自由能。而带有较少亲水侧链的富勒烯,由于很难改变周围疏水环境,其主要结合自由能贡献仍来自骨架与蛋白间的范德华贡献,并且总结合自由能比带有疏水侧链的抑制剂更小。但对于我们自己设计的多羟基侧链,由于更多的亲水基团能更多的改变周围的亲疏水环境,抑制剂能与周围残基形成更多的氢键,其结合自由能变为静电贡献为主,与此同时,富勒烯碳骨架与蛋白间的范德华作用并没有显著减小,所以其总结合自由能显著增大,抑制效果可能更好。另外,抑制剂的结合还可能导致活性中心附近二级结构发生改变,导致催化三联体之间的距离产生变化,并因此影响凝血酶活性,起到部分非竞争抑制剂的作用。综上所述,本研究的结论可以为将来研究新型高效富勒烯抗凝剂提供理论依据。