概 述
通过介观尺度模拟改进给药系统
工业应用
制药，个人及家庭护理，食品及添加剂
挑战
预测胶束稳定性及输送机制
确定最佳的输送体系
模拟工作
将所关注的体系转化为介观模型
进行合理的时间尺度的模拟
观察胶束稳定性及药物在双层膜内的释放
模拟结果
模拟了药物输送至细胞膜的过程。模拟展示了磷脂胶束如何插入双层内及或性化合物释放至双层结构的内
测疏水侧的过程。
分 类
工业应用
家庭及个人护理
制药及农业化学
软件
CIassicaI
LAMMPS DPD
Engineering
MAPS
性质
临界胶束浓度
形态
释药速率
应用
缓释
正如本研究所展示的，给药体系的主要市场为制药工业。类似研究还应用于家庭及个人护理工业与食品及添加剂工业，其中活性组分的缓释具有同等重要的作用。为凸显这些市场的重要性，据统计仅制药工业直至2020年年增长率达4.4%，研发机构投入的支出达到1500亿美元。
挑战
对通过示例的嵌段共聚物在水相中自发形成的胶束进行了详细研究，该胶束可被视为潜在的疏水药物及其他活性成分的载体，但对其吸收途径及胶束稳定性仍不够明确。尽管占1/3的新研发药物基本不溶于水，但是目前尚无溶解这类药物的标准方法。聚合物胶束由于其将亲脂性分子传送至疏水核心的能力而被广泛用于疏水性药物的溶解及输送中。为开发下一代给药体系，有必要深入了解胶束的物理及化学行为。
模拟工作
通过DPD方法，将流体分子集合起来通过柔性近程作用力生成流体元素，或珠子。在水相溶液3-6%浓度范围内磷脂自发生成双层脂质结构，Figure 1显示了通过耗散粒子动力学模拟得到的双棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）类带有对称疏水链结构的脂质构成的双层结构，模拟软件为Scienomics MAPS 平台的LAMMPS模块的DPD方程。
Figure 1：自发构成的双层脂质膜。双层结构以绿色及红色显示，水以蓝色显示。
接下来我们对商业及科研相关的胶束/细胞相互作用进行了考察，通过相同的模拟方法将将胶束及脂质双层结构相接触。根据胶束组成可直接计算药物的释药速率，因此该现象对胶束药物的释放极为重要。
模拟结果
对任何活性组分的活性来说，了解活性与内层膜如何发生相互作用、以及是否能够释放进入细胞极为重要。实验已经表明，疏水壳层甚至是聚合物胶束并非完全惰性的。已经观察到聚合物胶束通过内吞作用进入细胞。对该过程的DPD模拟结果如下所示。一个胶束漂移至细胞膜并接触随后释放出药物。该过程如Figure 2展示的，显示了胶束在接触膜之前、过程及结束后的状态。可以明显观察到磷脂胶束插入双层结构后活性化合物（亮蓝色）释放至内侧疏水层中。
该虚拟实验手段是考察与胶束生成及相行为等相关现象的理想手段。不仅于此，在药物输送及释放应用方面也可采用类似的研究方法。通过这种模拟方式可为产品的高效开发及降低实验成本提供支持。
Figure 2：胶束接近并融合至双层脂质。药物分子以亮蓝色显示，磷脂以红色及绿色显示。
MAPS 材料及化工过程设计平台是集多款优秀的第三方材料设计软件的、多尺度、可扩展的平台；可应用于从量子化学计算到中尺度计算。MAPS包括友好的图形用户界面供用户建模、方便分析计算结果。 MAPS适合描述含能材料、离子液体、高分子材料、合金材料、复合材料、电池材料等性质。MAPS软件拥有：（一）建模功能（二）分析功能。
LAMMPS-DPD：耗散粒子动力学计算模块，是流体或软物质性质研究的耗散粒子动力学模拟工具， 在介观尺度（更大空间及时间尺度）上模拟。DPD采用粗粒子模型，能很好的描述流体力学。DPD允许发生两个粒子的位置重叠的特点适用于流体。LAMMPS-DPD 广泛应用于涂料、 化妆品、表面活性剂、橡胶、胶体、聚合物和高分子材料的结构、热力学、聚集形态和渗透性等性质的预测。MAPS-LAMMPS-DPD 在药物缓释研究有很好的应用。
