金属掺杂金纳米簇(M@Au12 )负载6-巯基嘌呤的电子结构与药物递送潜力：理论计算新视角

本研究针对抗癌药物6-巯基嘌呤(6 MP)递送效率问题，通过密度泛函理论(DFT)计算系统分析了Pt/Au等金属掺杂金纳米簇(M@Au12 )与6 MP的吸附机制。发现Pt@Au12 -6MP-7在气相中吸附能最低(-1.41eV)，Pd@Au12 -6MP-7在水相中稳定性最优(-1.12eV)，分子轨道和态密度分析证实二者是理想药物载体，为纳米靶向给药系统设计提供理论依据。

　　

在癌症治疗领域，6-巯基嘌呤(6 MP)作为经典化疗药物，长期用于白血病、风湿病等疾病治疗，但其疗效受限于生物利用度低和毒副作用大等问题。纳米载体技术为解决这一难题带来曙光，其中金纳米材料因其优异的生物相容性和表面可修饰性备受关注。然而，传统金纳米颗粒与药物的相互作用机制尚不明确，特别是不同金属掺杂对药物负载性能的影响缺乏系统研究。

陕西高校的研究团队在《Journal of Molecular Graphics and Modelling》发表理论研究成果，首次采用双层次密度泛函理论(DFT)，结合B3LYP/6-311++G(d,p)和M06-L/def2-TZVP方法，深入探究了四种金属掺杂金纳米簇(M@Au₁₂
, M=Au/Ag/Pd/Pt)与6 MP两种互变异构体(6MP-7和6MP-9)的相互作用。通过气相与水相模拟，发现Pt@Au₁₂
-6MP-7在气相中展现最强吸附能(-1.41eV)，而Pd@Au₁₂
-6MP-7在水相中稳定性突出(-1.12eV)。电子结构分析揭示金属-硫配位键的形成显著影响电荷分布，态密度(DOS)和自然键轨道(NBO)分析证实掺杂金属的d电子轨道与6 MP的π*轨道发生杂化，这种独特的电子耦合效应是提高载药效率的关键。

关键技术方法包括：1)采用Gaussian 09软件进行DFT计算；2)使用B3LYP泛函结合6-311++G(d,p)基组优化几何结构；3)应用LANL2DZ赝势基组处理金属原子；4)通过极化连续介质模型(PCM)模拟水溶剂效应；5)利用M06-L/def2-TZVP进行单点能计算。

Optimized structures
立方八面体结构的M@Au₁₂
纳米簇通过硫原子与6 MP形成稳定配位，键长分析显示Pt-S键(2.35?)比Au-S键(2.42?)更短，表明前者结合更强。热力学参数证实6MP-7 tautomer比6MP-9更易与金属簇结合，Gibbs自由能差达12.5kJ/mol。

Conclusion
该研究从原子尺度阐明了金属掺杂对金纳米簇载药性能的调控规律：1)Pt/Pd掺杂可显著增强6 MP吸附稳定性；2)水溶剂环境会使吸附能降低约20%；3)金属-硫配位键的共价特性与金属d电子数呈正相关。这些发现为设计高效纳米药物载体提供了重要理论指导，特别是Pt@Au₁₂
和Pd@Au₁₂
体系在靶向给药系统开发中展现出独特优势。

讨论部分强调，相比传统Au(111)表面，金属掺杂纳米簇具有更高的比活性和可调控的电子结构，其与6 MP的特异性结合可能减少药物过早释放，这对降低化疗毒副作用具有重要意义。未来研究可进一步探索这些纳米载体在生物体系中的动态行为及其与细胞膜的相互作用机制。