一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法与流程

本申请涉及分子动力学模拟，特别涉及一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法。

背景技术：

1、表面活性剂作为一种在多个工业领域(如纺织、洗涤、医药、化妆品等)广泛应用的化学物质，其安全性与温和性越来越受到关注。特别是随着人类生活水平的提高，对与人体直接接触的配方中表面活性剂的毒副作用与温和性的关注显著增加。

2、在日护方面的相关技术中，研究表面活性剂对皮肤和粘膜的刺激性作用机制，包括对皮肤屏障的破坏、诱导炎症反应等是重中之重；通过了解表面活性剂的刺激性，可以指导产品配方设计，降低其对人体的潜在危害，同时提高产品的市场接受度。

3、现有技术中，表面活性剂刺激性的评估方法在现有技术中主要分为体内和体外两大类，其中体内评估由于伦理问题存在争议，常用的体外评估方法通过模拟人体环境来评估表面活性剂的刺激性，具有快速、经济、无伦理争议等优点。常见的体外评估方法包括鸡胚绒毛膜尿囊膜试验(het-cam)、玉米醇溶蛋白法、红细胞溶血法等，但这些方法均具有步骤繁多、耗时长、且干扰因素多的缺点，因此本申请提供一种于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，更便捷且具有普适性。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，以解决相关技术中表面活性剂温和性评价方法耗时较长、试验步骤繁多的问题。

2、为解决以上问题，本申请提供了一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其包括以下步骤：

3、s1、提供至少两种待评估的表面活性剂体系；

4、s2、构建模拟体系：搭建待评估的表面活性剂体系，并使待评估的各表面活性剂体系中的表面活性剂质量分数一致；

5、使用sobtop得到各表面活性剂体系的gaff力场参数，使用gaussian09软件和multiwfn软件计算得到各表面活性剂体系的resp电荷，水分子采用opc3水模型，使用pme方法计算长程静电作用，截断距离为1.4nm；使用lincs算法约束和氢有关的键，使用leap-frog算法计算分子运动的牛顿方程，时间步长设置为2fs，完成模拟体系的构建；

6、s3、分子动力学计算机模拟：

7、s301、对各个所述表面活性剂体系能量最小化处理；

8、s302、以最小化处理后得到的结构文件作为输入文件，采用gromacs软件进行分子动力学模拟，得到分子轨迹文件和三维坐标文件；

9、s4、数据收集与分析：对步骤s3中得到的分子轨迹文件和三维坐标文件进行收集，并分析，得到各个表面活性剂体系中形成的团簇形态尺寸和稳定性，基于得到的团簇形态尺寸和稳定性，对表面活性剂体系的刺激性进行评价，得到团簇形态尺寸稳定性-温和性关系。

10、优选地，在步骤s4之后，其还包括：

11、s5、结果验证：对步骤s1中的各个表面活性剂体系采用het-cam测定方法进行刺激性评估，获得不同表面活性剂体系的刺激性，并与步骤s4中得到的团簇形态尺寸稳定性-温和性关系比对，验证步骤s4得到的团簇形态尺寸稳定性-温和性关系。

12、优选地，步骤s302中，分子动力学模拟还包括：

13、使各个所述表面活性剂体系在200ps内匀速加热到298k，之后在npt系综下平衡90～110ns，作为平衡模拟过程；最后在npt系综下模拟15～25ns，作为成品模拟过程。

14、优选地，在加热及平衡模拟各个所述表面活性剂体系时，使用的控温方式为v-rescale控温算法，使用的控压方式为berendsen控压算法；在成品模拟时，使用的控温方式为v-rescale控温算法，使用的控压方式为parrinello-rahman控压算法。

15、优选地，步骤s4中的数据收集包括：

16、将分子轨迹文件中最初的三维坐标文件和分子轨迹文件最终的三维坐标文件使用vmd软件打开截取快照，得到各所述表面活性剂体系稳定前后的团簇形态。

17、优选地，步骤s4中的数据收集包括：

18、使用gromacs统计各个所述表面活性剂体系中，表面活性剂分子可及表面积的变化，收集时间不小于40ns。

19、优选地，步骤s4中的数据收集，并分析包括：

20、使用gromacs统计各个所述表面活性剂体系中，团簇的数量以及各个所述表面活性剂体系中最大团簇所含分子的数量；

21、分析各个所述表面活性剂体系的团簇的数量随时间的变化，以及各个所述表面活性剂体系中，最大团簇所含分子数量随时间的变化，并计算最大团簇所含分子数量的平均值和波动程度，通过波动程度评估最大团簇的稳定性。

22、优选地，其还包括：

23、步骤s4中，使用gromacs得到各个所述表面活性剂体系中最大团簇的ndx索引文件，再使用vmd软件打开最终的结构文件，选择其中的最大团簇分子，用vwd方式显示，截取快照，获得各个所述表面活性剂体系形成的最大团簇的形态。

24、优选地，步骤s4中的数据收集，并分析包括：

25、使用gromacs中的gmx clustersize命令得到各个所述表面活性剂体系中，最大团簇的ndx索引文件，再采用gromacs中的gmx sasa命令得到最大团簇的可及体积和可及表面积，比较各体系最大团簇的可及体积和可及表面积，并计算得到最大团簇的球形度，并与各体系中最大团簇所含的分子数比较分析，并根据最大团簇的可及体积对各表面活性剂体系的刺激性进行评价。

26、优选地，所述球形度的计算公式为：

27、

28、其中，s表示最大团簇的球形度，v和a分别表示最大团簇的可及体积和可及表面积。

29、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

30、本申请提供了一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，从分子动力学层面，通过模拟计算表面活性剂在水中的自组装过程，得到不同表面活性剂体系的微观性质，即通过表面活性剂体系形成的团簇(胶束)形态尺寸和稳定性获取表面活性剂的温和性，节省了实验的耗时与耗材；经过结果验证证明模拟得到的团簇形态尺寸稳定性-温和性关系的合理性，模拟结果与实验结果相结合，可以相互验证，提高研究的准确性和可靠性；本申请提供的评价方法有助于分析表面活性剂的结构特征与其刺激性之间的关系，为设计温和性表面活性剂提供理论依据；最终得到了表面活性剂体系的刺激性与其微观性质有关的结论，具体为当形成的聚集团簇球形度类似时，聚集团簇的尺寸越大、胶束越稳定，则其温和性越好，因此，可以通过表面活性剂体系的微观性质评估其温和性，能够解决相关技术中表面活性剂温和性评价方法耗时较长、试验步骤繁多的问题。

技术特征：

1.一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，在步骤s4之后，其还包括：

3.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，步骤s302中，分子动力学模拟包括：

4.如权利要求3所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于：

5.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，步骤s4中的数据收集包括：

6.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，步骤s4中的数据收集包括：

7.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，步骤s4中的数据收集，并分析包括：

8.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，其还包括：

9.如权利要求1所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于，步骤s4中的数据收集，并分析包括：

10.如权利要求9所述的基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，其特征在于：

技术总结本申请涉及分子动力学模拟技术领域，特别涉及一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法。所述方法包括以下步骤：S1、提供至少两种待评估的表面活性剂；S2、构建模拟体系；S3、分子动力学计算机模拟；S4、数据收集与分析。本申请实施例通过提供一种基于计算机模拟的表面活性剂体系温和性评价方法，能够将表面活性剂体系的微观性质与其刺激性相联系，当形成的聚集团簇球形度类似时，聚集团簇的尺寸越大、胶束越稳定，则其温和性越好，以解决相关技术中表面活性剂温和性评价方法耗时较长、试验步骤繁多的问题。技术研发人员：周康夫,尚亚卓,叶志晟,叶传军,王飞飞,马骁,郭振宇受保护的技术使用者：云南贝泰妮生物科技集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4