精氨酸功能化ZIF-8作为pH响应型口服胰岛素载体的设计与计算表征研究

本文通过密度泛函理论（DFT）、分子动力学模拟及拓扑分析（AIM/NCI）等多尺度计算方法，系统论证了精氨酸修饰ZIF-8（ZIF-8@Arg）作为口服胰岛素载体的优势。研究揭示其通过胍基团增强胰岛素结合稳定性，呈现pH响应性溶胀行为（释放能垒15.39 kcal/mol），并具备良好脂溶性（logP）与低毒性（ADMET），为功能性MOF载体设计提供理论支撑。

　　

Calculation methods

计算采用Gaussian 16在B3LYP/6-31G(d)理论级别完成，涵盖几何结构优化、前沿分子轨道及全局反应性描述符评估。通过时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）模拟紫外-可见（UV-Vis）和电子圆二色性（ECD）光谱。分子对接研究使用AutoDock 4.2.6的拉马克遗传算法，以人血清白蛋白（PDB ID: 1AO6）为靶标。

Vibrational Analysis

Arg@ZIF-8–胰岛素复合物的红外（IR）光谱通过DFT/B3LYP/6-31G(d)计算获得。光谱范围0–4000 cm^?1呈现广泛振动带，反映体系内酰胺键、羧基和芳香单元的复杂性。在1681.5 cm^?1处观察到强特征吸收峰（强度4206 M^?1·cm^?1），归属于C=O伸缩振动。

Limitations

本研究虽提供ZIF-8@精氨酸-胰岛素载体的理论评估，但存在局限性：计算基于理想化条件，未充分考虑生物环境复杂性（如酶降解、黏膜渗透、免疫互作及动态胃肠道过程），故结论需实验进一步验证。

Conclusion

综合密度泛函理论（DFT）、TD-DFT、分子对接与分子动力学模拟表明，精氨酸功能化ZIF-8（ZIF-8@Arg）通过静电/氢键增强胰岛素结合，展现pH依赖的结构适应性（碱性溶胀）与适宜释放能垒（15.39 kcal/mol），其溶解性、分配系数（logP）及ADMET特性支持其作为口服肽类递送平台的潜力。

Ethics Approval

不适用。

Uncited references

Herbert (2023); Hait and Head-Gordon (2021); Adarmouch et al., (2024)

Funding

本研究未获得特定资金支持。

CRediT authorship contribution statement

Kadhim Mustafa: 审阅编辑–监督–软件；Alaa Hamid Faisal: 项目管理–方法论；Mohammed Mahmood Abdullah: 可视化–软件–项目管理；Dina Hadi Abdullah Alaqebe: 资源–形式分析–数据整理；Ali Muneer Abdulrahman: 初稿撰写–验证。

Declaration of Competing Interest

作者声明无已知财务或个人利益冲突。

Acknowledgements

作者诚挚感谢库特大学（University of Kut）为本研究提供设施支持。

Conflicts of Interest/Competing Interests

作者声明无财务或非财务利益冲突。

Clinical trial number

不适用。

Consent to Participate

不适用。

Consent for Publication

全体作者同意稿件发表。

Data and/or Code Availability

本研究数据集可向通讯作者合理索取。