二维砷烯/SnSSe异质结作为抗冠心病药物载体的理论计算研究

《Computational and Theoretical Chemistry》：Theoretical calculation of arsenene/SnSSe as a potential delivery carrier for anti-coronary heart disease drug

本研究针对冠心病治疗中药效受限、副作用大等难题，通过第一性原理计算系统探究了新型二维材料Arsenene/SnSSe作为阿司匹林（ASP）载体的可行性。研究发现该异质结具有稳定的半导体特性（带隙0.275-0.303 eV），药物吸附后发生0.21 |e|电荷转移，且应变可调控光学吸收峰红移。理论模拟揭示了其温度响应型药物释放潜力，为开发新型CHD治疗平台提供了理论依据。

　　

在全球范围内，心血管疾病特别是冠心病（CHD）的患病率持续上升，已成为威胁人类健康的主要杀手。世界卫生组织数据显示，每年约有750万人死于冠心病，占心血管疾病总死亡人数的一半以上。当前临床常用的抗血小板药物（如阿司匹林）、血管紧张素转换酶抑制剂及经皮冠状动脉介入治疗等手段，虽然能一定程度缓解症状，但长期疗效受到诸多限制：药物递送效率低、系统性副作用（如阿司匹林引发的胃肠道出血）、心肌组织不可再生等瓶颈问题亟待突破。这些挑战促使科研人员转向新型精准治疗模式的开发，其中纳米药物递送系统因其可感知生理指标变化并响应刺激调控性能的特性，展现出巨大潜力。

近年来，二维（2D）纳米材料的迅猛发展为冠心病治疗带来了革命性思路。这类材料具有原子级结构可调、超高比表面积和多功能集成等优势，成为药物递送、组织工程等领域的理想平台。特别是Janus过渡金属硫族化合物（TMDs）如SnSSe，因其表面反应活性可调、能与分子产生强相互作用而备受关注。此外，砷烯（Arsenene）材料与Janus TMDs晶格常数匹配度高，在生物医学应用中显示出良好相容性。基于此，研究人员创新性地构建了二维垂直Arsenene/SnSSe异质结，结合砷烯的机械强度和SnSSe的高比表面积优势，通过第一性原理计算系统探索其作为抗冠心病药物阿司匹林（ASP）载体的可行性。相关成果发表于《Computational and Theoretical Chemistry》。

本研究采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，通过Materials Studio软件中的CASTEP模块完成。计算使用广义梯度近似（GGA）下的PBE交换关联泛函，采用平面波基组处理电子-离子相互作用。研究重点包括异质结结构优化与稳定性评估、药物吸附机制、界面电荷转移分析、电子性质表征以及光学行为模拟，特别关注了体系的温度响应型药物释放能力。

结构优化结果表明，单层砷烯和SnSSe均呈现六方晶系蜂窝状结构，其中SnSSe为Se-Sn-S三明治构型。构建的Arsenene/SnSSe异质结经结合能计算（-0.176 eV）证实结构稳定。能带分析显示本征异质结为带隙0.275-0.303 eV的半导体，吸附ASP后带隙降至0.164-0.176 eV，表明药物加载可调控电子性质。

吸附性能方面，ASP分子通过氧原子与基底形成强相互作用，最稳定构象吸附能达-1.62 eV。电荷转移分析揭示有0.21 |e|电子从ASP转移至异质结，分子动力学模拟证实体系在310 K生理温度下保持稳定。应变调控实验发现，施加双轴应变可诱导光学吸收峰红移，为光控药物释放提供可能。

结论与讨论部分指出，Arsenene/SnSSe异质结具备作为智能药物载体的多重优势：稳定的半导体特性、强药物吸附能力、可控的电荷转移机制以及应变/温度响应特性。理论模拟预测其可在病变部位实现温度响应型药物释放，有效克服传统给药方式的局限性。该研究为新型冠心病治疗平台的开发提供了重要理论支撑，为后续实验研究奠定了坚实基础。