碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）(1-3)是呈特殊管状结构的碳化合物，可视作由单层或多层石墨烯片经卷积形成(3)，具有特殊的力学、电学、热学、化学性能。碳纳米管宏观上是理想的一维纳米材料，微观上则有三种主要三维构型(1)，一般用手性矢量（n，m）标记：扶手椅形（n，n）；锯齿形（n，0）；螺旋形（n，m）。其中扶手椅型和锯齿型碳纳米管都没有手性，螺旋型碳纳米管（n，m）有一个手性矢量为（m，n）的对映异构体。本课题所用到的碳纳米管都是最常用的扶手椅形构型。
TRH（促甲状腺激素释放激素）是人体内常见且重要的激素(4)，人工合成的TRH药品名称为普罗瑞林，用于检查下丘脑与甲状腺的功能(5)。TRH本身是一个结构简单的三肽，但同时包含了羟基、羧基、酰胺、脂肪族和芳香族氮杂环等多种结构，是非常具有代表性的小分子药物，能产生氢键、pi-pi堆积、静电作用、色散作用、空间位阻等多种形式的非共价相互作用，且TRH整体呈三角锥型构型，与碳纳米管作用时能产生多种空间取向和作用模式，特别适合作为本课题的模型小分子。
碳纳米管具有高度对称的大共轭结构，虽然在管壁上进行共价修饰非常困难，但碳纳米管的非共价相互作用潜力很大。国内外已有很多碳纳米管吸附、负载小分子的研究报道(6-8)，但整体而言对非共价相互作用内在机制的探索并不多。本课题立足于小分子TRH与碳纳米管的非共价相互作用，实际上就是研究能产生各种非共价相互作用类型的分子，同大共轭体系的相互作用，或者说研究在一方为管状大共轭体系时，何种分子、基团能在非共价相互作用的竞争上取得优势。
本课题的主要研究方法是量子化学计算和波函数分析。量化计算方面，几何优化部分先用随机算法生成大量初始构型、再以半经验几何优化、DFT(9)几何优化、DFT能量计算的顺序逐步筛选出最稳定构型；溶剂化能计算方面采用SMD隐式溶剂模型；能量分解采用SAPT方案。波函数分析方面，实空间函数分析部分在分子周围实空间均匀取样，计算各空间格点上某些可以指征非共价相互作用模式和强度的函数，并进行可视化分析；拓扑分析部分立足于电子密度函数这一最基本信息，搜索和考察分子几何中电子密度函数图景的关键点，揭示非共价相互作用产生的空间几何逻辑。
1. Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Avouris P, SpringerLink (Online service). Carbon nanotubes synthesis, structure, properties, and applications. Berlin ; New York: Springer; 2001. Available from: http://dx.doi.org/10.1007/3-540-39947-X.
2. Endo M, Iijima S, Dresselhaus MS. Carbon nanotubes. 1st ed. Oxford ; Tarrytown, N.Y.: Pergamon; 1996. x, 183 p. p.
3. Iijima S, Tanaka K. Carbon nanotubes and graphene. Amsterdam: Elsevier; 2014. Available from: http://www.sciencedirect.com/science/book/9780080982328.
4. Joseph-Bravo P, Jaimes-Hoy L, Charli JL. Advances in TRH signaling. Rev Endocr Metab Disord. 2016;17(4):545-58.
5. Singh O, Pradhan DR, Nagalakashmi B, Kumar S, Mitra S, Sagarkar S, et al. Thyrotropin-releasing hormone (TRH) in the brain and pituitary of the teleost, Clarias batrachus and its role in regulation of hypophysiotropic dopamine neurons. J Comp Neurol. 2019;527(6):1070-101.
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