具有特定配体的纳米颗粒的功能化有助于控制特定的诊断和治疗反应，例如蛋白质吸附、细胞靶向和循环。精确传递关键取决于对表面化学、配体动力学以及与生化环境相互作用之间相互作用的基本理解。由于从实验中对纳米颗粒结合配体的结构和动力学的原子级了解有限，接枝密度和配体化学与可观察到的特性（如亲水性和蛋白质相互作用）的关系在很大程度上仍然未知。在这项工作中，我们揭示了由多段配体（如硫代烷基-PEG-（N金纳米粒子上的-烷基）酰胺可以模拟混合的疏水性和亲水性配体涂层，包括控制图案、亲水性和特定识别特性。我们的结果来自于皮米分辨率的INTERFACE-CHARMM36力场的分子动力学模拟以及与实验的比较。通过调整N末端烷基的长度，配体疏水性的微小变化，通过倍数调节水渗透并将烷基链的表面排序控制在0到70%的规律性。进一步的参数包括配体的接枝密度、纳米颗粒表面的曲率、溶剂的类型和配体的总长度，这些都进行了详细检查。我们解释了多段配体SAM异质模式形成的热力学起源，并说明了纳米颗粒表面上不同程度的配体顺序如何影响与牛血清白蛋白的相互作用。由此产生的设计原则可应用于各种配体化学，以定制功能化纳米粒子在生物介质中的行为并提高治疗效率。

相关研究成果PatterningofSelf-AssembledMonolayersofAmphiphilicMultisegmentLigandsonNanoparticlesandDesignParametersforProteinInteractions近期发表于ACSnano

图1.HS-乙基-PEG、HS-烷基-PEG-(N-葡糖基)乙酰胺(APG)和HS-烷基-PEG-(N-丁基)乙酰胺(APB)涂层在组织和动力学方面的差异一条直径为20nm的Au纳米颗粒。选择的接枝密度代表在实验中观察到的常见饱和值。(a)HS-乙基-PEG(MWg/mol)的侧视图和俯视图，每nm2有1.5个链。(b)HS-烷基-PEG-(N-葡糖基)乙酰胺，和（c）HS-烷基-PEG-（N-丁基）乙酰胺，。(d)PEG的末端甲基（C原子）的平均位置，(e)APG中的酰胺氮原子，和(f)APB中的末端甲基。(g)PEG、(h)APG和(i)APB配体的表面结合硫原子、PEG链和水分子的密度分布作为径向距离的函数。(h,i)中的蓝色箭头突出显示PEG密度和方向的差异。PEG密度作为N-葡糖基终止距离的函数不断降低，包括许多不同的方向，并且对于N-丁基终止保持稳定。

图2.K时，20nm直径金纳米粒子上的配体排序与Au-硫代烷基-PEG-(N-烷基)乙酰胺中末端N-烷基长度的关系。接枝密度对应于4.2的最大覆盖率根据实验数据，。(a)一系列长度相同（碳原子总数相同）的配体的组成，具有从C2到C6的N端基。硫代烷基间隔物中的碳原子数相对于末端基团进行了调整。(b)具有相同硫代烷基间隔基团和从C2到C6的可变N端基的一系列配体的组成。(c)C6配体中末端甲基相对于金纳米颗粒表面的位置显示出烷基链的六边形堆积。插图突出显示末端CH3中碳原子的平均平衡位置组超过3ns的仿真时间。(d)纳米颗粒表面上呈现有序构象的配体分数显示为末端烷基长度的函数。增加长度会增加有序度。图表区域中的图像显示了3ns模拟时间内末端碳原子的平均平衡位置。

图4.曲面和平面上单段和多段配体平衡模式的驱动力。指出了PEG-水相互作用、烷基之间的范德华相互作用和每个配体的稳定能。(a)以前的研究已经检查了亲水性配体涂层，例如PEG，它假定纳米颗粒表面上的构象均匀分布、无序。烷硫醇等疏水性配体形成有序烷基的不均匀分布区域，在较高温度下可以可逆地转变为均匀的液体状结构。(2,63)(b)在这项工作中，我们检查了多段配体的自组装单分子层的结构和动力学，这些配体根据组成显示出多个化学上不同的相。(c)提出的形成有序与无序域和可调平衡结构的驱动力。(d)配体顺序与与PEG接触的水分子数量之间的关系（4?以内）。C2配体是无序的并且允许水渗透。C4封端的配体在40-45%的数量级显示出PEG-水相互作用的峰值。C8封端的配体在不同的有序度下仅表现出轻微的PEG-水相互作用，并假设70%的有序度。(e)与PEG接触的水分子数量与配体稳定能量之间的关系（=具有不同有序度的多个复制品的每个配体的总平均能量，从而将最不优选副本的能量设置为零；也可以看看图2e)。配体稳定性随着PEG-水接触次数的增加而增加。由于高水渗透性和较小的烷基-烷基相互作用，C2封端配体的相关性最强，而由于低水渗透性和强烷基-烷基相互作用，C8封端配体的相关性最弱。(f)配体顺序与相对稳定能之间的关系。稳定能在每个配体的优选有序度附近达到最小值。(d-f)中的数据基于对具有5.19×5.99nm2表面积的平坦Au()表面上的C2-、C4-和C8-封端配体的MD模拟。