基于密度泛函理论的加巴喷丁-氮化硼纳米管复合体系吸附机制研究及其药物递送应用

本研究针对抗癫痫药物加巴喷丁(GBP)的靶向递送需求，通过密度泛函理论(DFT)系统分析了GBP在原始/Al掺杂氮化硼纳米管(BNNT/Al-BNNT)表面的吸附机制。发现Al掺杂可促进半共价键形成，降低能隙(Eg)并引入中隙态，显著提升吸附稳定性与表面导电性，为设计高效纳米载药系统提供了理论依据。

　　

在药物递送领域，纳米载体的精准设计一直是重大挑战。传统碳纳米管存在生物相容性差、功能调控困难等问题，而氮化硼纳米管(BNNT)凭借其优异的机械强度、化学稳定性和独特电子结构，成为新一代纳米载体的明星材料。然而，BNNT的强疏水性易导致药物聚集，且缺乏对特定药物的高效吸附位点。针对这一难题，伊朗吉兰大学(University of Guilan)的Mohammad Rizehbandi团队在《Computational and Theoretical Chemistry》发表研究，通过密度泛函理论(DFT)揭示了抗癫痫药物加巴喷丁(GBP)与BNNT的相互作用机制，为开发智能载药系统提供了突破性方案。

研究人员采用B3LYP/6-31+G(d)理论水平，系统计算了GBP在原始/Al掺杂BNNT表面的四种吸附构型。通过分析吸附能(ΔE)、电子密度拓扑参数、前线分子轨道和态密度(DOS)，结合降低密度梯度(RDG)和自然键轨道(NBO)等先进分析方法，全面解析了药物-纳米管复合体系的相互作用本质。

分子几何构型分析显示，GBP分子通过羧基和氨基与BNNT形成多重氢键，最优构型中药物分子呈45°倾斜吸附。Al掺杂后，铝原子与GBP的氧原子形成强定向键，键长缩短至1.89?，使吸附能降低达-1.78eV，显著优于原始BNNT的-0.54eV。

电子结构分析发现，Al掺杂使体系能隙(E_g)从4.92eV降至3.15eV，并在费米能级附近引入新的中隙态。DOS图谱证实这些态主要源于Al-3p轨道与GBP的孤对电子杂化，显著提升载药体系的导电性，有利于生物环境中的电荷传递。

相互作用本质研究表明：原始BNNT主要依赖范德华力和氢键(键临界点电子密度ρ<0.05a.u.)，而Al-BNNT产生明显的共价特征(ρ>0.15a.u.)。NBO分析揭示Al→GBP的电荷转移(CT)达0.38e，是原始体系的6倍，这种强电子耦合使复合物稳定性提升300%。

这项研究开创性地证明：Al掺杂可精准调控BNNT的电子结构和吸附特性，通过形成"受体-供体"协同作用机制，实现对抗癫痫药物的高效负载。所提出的掺杂策略不仅解决了BNNT疏水性导致的药物聚集难题，更通过能隙工程赋予载药系统环境响应特性。该成果为设计新一代智能纳米载体提供了重要理论框架，特别在神经系统疾病靶向治疗领域具有广阔应用前景。