自组装普遍应用于多个领域，如分子器件、生物制药工程和表面修饰等。常见的自组装包括主客体识别与组装，生物分子在界面环境的自组装等。分子模拟可以在微观水平研究自组装的机理，进而对实验现象加以解释。本论文将采用不同尺度的理论计算方法对两性霉素B及姜黄素药物分子与基于环糊精药物载体的识别与组装，疏水蛋白在亲水界面的自组装以及酶固定化等分别进行研究。其主要内容包括以下三个方面:　　(1)基于环糊精(cyclodextrin，CD)的药物载体可以明显地提高药物分子的生物利用率及溶解度，并且降低其毒性。首先，利用理论计算探索了抗真菌药物两性霉素B与CD单体及二聚体的运载机理。结果表明，两性霉素B与β-环糊精或γ-环糊精包结的位点为药物分子大环部分，而不是其极性头部。计算得到的自由能曲线揭示了药物分子大环部分与γ-环糊精有两个可能的结合位点，而与β-环糊精只有一个结合位点，并且结合能要小于与γ-CD包结的能量。自由能分解说明主要驱动力是主客体分子间的范德华作用。在此基础上进一步考察了两性霉素B与γ-环糊精二聚体、羟丙基-γ-环糊精二聚体以及他们的混合二聚体的包结自由能。计算了环糊精在两性霉素B大环上二聚过程的自由能变化，得到了包结物的稳定结合方式。使用自由能微扰计算方法考察了不同取向、不同二聚体的结合能力。发现混合环糊精二聚体具有与药物分子最高的标准结合自由能。另外，还研究了抗肿瘤药物姜黄素在环糊精包合物脂质体中不同的包结模式，即药物与β-环糊精单体、β-环糊精二聚体、脂质体以及混合环糊精/脂质体的结合自由能。其中姜黄素与β-环糊精二聚体的包结模式是最稳定的。研究结果表明姜黄素可以在脂质体水腔中与环糊精包结，从而提高脂质体的载药量。　　(2)疏水蛋白(HFBI)可以在亲水-疏水界面自组装成一种两性单分子膜结构从而改变材料表面的润湿性。使用理论模拟方法探究了HFBI在亲水云母基底的自组装机理。计算得到了通过亲水的α螺旋或N端与基底自组装的两种结构。进一步研究了与表面发生吸附的五种残基，考察了全部作用残基与云母基底的结合自由能。结果发现吸附的关键残基是LYS，即当HFBI通过包含LYS的α-helix与基底作用是最稳定的吸附结构。静电作用是吸附过程的主要驱动力。疏水蛋白暴露在溶剂中的疏水面显著地减小了云母基底的亲水性。此外，左旋多巴和绿原酸等小分子通过修饰也可以改变材料表面的润湿性。利用分子模拟研究了左旋多巴和绿原酸在聚二甲基硅氧烷表面的吸附机理。吸附的主要驱动力是小分子与基底的疏水相互作用和与表面的范德华相互作用。分子内部的疏水性基团与基底发生吸附，将亲水部分暴露在溶液中从而提高材料表面的亲水性。　　(3)酶固定化可以使其容易从反应体系中分离并且提高其重复利用率，但是可能影响其活性，而活性与其固化后的结构相关。利用理论计算在不同尺度下研究了木瓜蛋白酶在二氧化硅材料表面的吸附结构和吸附机理。分子动力学模拟得到了4种典型的吸附模式。通过计算每种模式的相对结合自由能表明通过α-helix(ASP108-TYR116),β-sheet(GLN73,ALA76,GLN77)以及turn(ARG59)与表面结合是最稳定的。范德华相互作用是吸附过程的主要驱动力。吸附过程中蛋白质的整体结构没有发生明显变化，但是其活性中心结构发生变化，使活性中心溶剂可及性表面增大，有利于溶剂和底物与活性中心的作用。研究结果有助于在原子水平上理解酶固定化的过程。