主-客体（host-guest）分子通过分子间非共价相互作用,如氢键、疏水效应、范德华相互作用等,能实现对特定客体的选择性识别与结合,为新一代生物医药材料的开发提供了新的机遇。由亚甲基桥接苷脲单元形成的葫芦脲（Cucurbit[n]uril,CB[n]）作为新一代大环主体分子因其特殊的“南瓜”型结构和疏水空腔而在超分子医用材料领域展现出巨大的应用前景。但CB[n]的低水溶性和刚性结构限制了其应用。而非环状葫芦[4]脲（Acyclic Cucurbit[4]uril,ACB[4]）所具有的柔性结构和高溶解性有效弥补了CB[n]主体的固有缺陷。同时,通过对ACB[4]促溶侧链的功能化修饰,使其在刺激性响应、药物传递等领域的应用备受关注。本论文利用分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）等方法从分子水平揭示影响ACB[4]主体分子结合能力和对客体选择性识别的因素,进而增强其优势性能并拓展ACB[4]在生物医药领域的应用广度和深度。具体研究内容如下:1.从分子结构上探究影响ACB[4]选择性结合客体的因素以影响ACB[4]主体实现选择性结合能力的因素为基本问题,选择结构相似的阿片类药物代谢物Normorphine（NMOR）、Morphine（MOR）、Morphine-3-glucuronide（M3G）作为客体,利用MD模拟ACB[4]与三个客体的结合行为,基于独立梯度模型（IGM）可视化分析结合过程中分子间相互作用的差异。通过对主-客体分子结合模式和分子间相互作用能的分析,发现NMOR和MOR的强极性基团（羟基）进入空腔时,由于去溶剂化过程带来的能量损失较大,因而不利于主-客体复合物的形成;相反,M3G客体的葡糖苷酸基团未进入ACB[4]主体空腔内,不仅能有效避免去溶剂化过程的能量损失,在一定程度上还能提供更多氢键相互作用位点,因而ACB[4]对M3G表现出更高的结合亲和力。2.从溶液角度揭示水对ACB[4]结合能力的影响该工作以探究在水溶液中ACB[4]与客体Amiodarone（Ami）、Albendazole（Alb）、Indomethacin（Ind）、Estradiol（Est）、Rocuronium（Roc）、Vecuronium（Vec）结合过程为导向,通过对比主、客体分子在水溶液和气相下的结合行为,揭示H2O对ACB[4]结合能力的影响。研究发现,气相下,受分子间较强的静电作用的影响导致主、客体分子中的柔性片段发生较大程度的结构扭曲,而这种构象变化则会直接影响复合物的稳定性。与之相反的是,溶液中的H2O分别与主、客体以形成补充性氢键的形式优化复合物构象,削弱不利的构象扭曲的同时,增强主-客体分子间的焓-熵互补性结合,从而有效提高ACB[4]与客体的结合能力。