新型冠状病毒肺炎、阿尔兹海默症等难以攻克的疾病极大地威胁着人类的福祉。而碳基纳米材料已被证明可应用于抗病毒、抗菌、药物载体、智能作用平台等生物医学领域。这些疾病的靶蛋白和碳基纳米材料在尺寸上相近,必然存在不可忽视的相互作用。因此,研究它们之间的相互作用机制对于设计更加先进的生物医用纳米材料是至关重要的。本论文基于分子动力学研究了几种常见的碳基纳米材料与重要疾病靶蛋白之间的相互作用机制。此外,还进一步讨论了 BC3的生物相容性以及如何调控纳米材料潜在的毒理性。主要内容如下:一、近年来,新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引发的新型冠状肺炎（COVID-19）在全球范围内广泛传播,严重威胁了世界人民的生命和财产安全。因而,人们急需研发针对此病毒的活性抑制剂以及新冠特效药,从而阻断病毒的复制与传播。本章节研究了 Mpro（SARS-CoV-2的关键靶蛋白）与完整石墨烯（Intact graphene,IG）、缺陷石墨烯（Defectivegraphene,DG）和氧化石墨烯（Grapheneoxide,GO）之间的相互作用。结果表明:Mpro均可被吸附到所研究材料的表面。DG和GO与Mpro的相互作用更加激烈,使得Mpro的关键部位变得更加灵活。与IG和GO相比,DG可以通过破坏Mpro的活性口袋使其失活。我们的工作不仅为石墨烯材料在抵御SARS-CoV-2中的应用提供了详细而可靠的理论指导,也有助于开发新的基于石墨烯的抗COVID-19材料。二、碳纳米管（Carbonnanotube,CNT）在治疗阿尔茨海默症方面具有巨大的潜力,但其疏水性和潜在的生物毒性可能会阻碍其进一步的应用。对其进行亲水性官能团修饰可以在一定程度上克服CNT的这些缺点。本章节系统研究了 Aβ42（阿尔茨海默症的靶蛋白）与不同功能化程度的CNT之间的相互作用机制。结果表明:与原始CNT相比,高度表面功能化的CNT改变了其和Aβ42之间的吸附模式,并诱导Aβ42结构紊乱。进一步分析表明,虽然二者之间的吸附过程仍由范德华力主导,但表面官能团的氧原子与带正电荷的氨基酸形成强烈的库仑相互作用,显著限制了 Aβ42的灵活性。本章节从分子层面阐述了不同功能化程度的CNT与Aβ42的相互作用机制,为设计和合成蛋白质构象类疾病的碳纳米药物提供了理论指导。三、最近,二维类石墨烯材料XC3（X=B,Al,Ge,Si,N）纳米片在能源催化以及生物医学等领域得到了广泛的关注。其中BC3已在实验室内成功合成,但是有关其生物医学研究并不多。本章节利用分子动力学探索了 BC3的生物相容性以及其在治疗阿尔茨海默症方面的潜力。结果表明:BC3与HP35、Aβ42之间的吸附作用非常迅速和稳定,并且不会显著破坏HP35以及Aβ42的结构,因而BC3有望应用于生物传感器。从HP35、Aβ42与BC3不同的接触姿态入手,我们发现水分子高度有序的排列在BC3表面,使得HP35和Aβ42稳定的锚定在BC3表面,避免了蛋白质的扩散和进一步变性。这表明BC3具有优异的生物相容性,有望成为一种新型药物载体用于抗阿尔茨海默症的研究。