近年来,纳米材料在生物医学领域的研究和应用获得了广泛关注。其中碳纳米管和生物大分子的组合体系为新型生物和纳米技术应用开启了一道大门,这类组合体系近年来一直成为众多学者关注的热点。作为纳米量级的管道,碳纳米管可以被用来传输和封装流体和生物类分子,从而引发多种独特的复合体系的设计与发展,广泛应用于药物传输装置和生物分子输运等领域。同时,多种共价和非共价功能化处理大大改进了碳纳米管的生物兼容性,使其在医学诊断和药物输运应用方面发挥更为广泛的用途。目前在计算机模拟和实验研究两方面都可以观察到大小合适的生物分子自发进入碳纳米管形成包裹物的过程。为研究这类过程在分子尺度上发生的微观细节以及多种影响因素的综合效应,计算机分子模拟已经显示出了强大的优势,成为了除实验手段外有力的研究工具。本论文主要利用分子动力学(Molecular dynamics, MD)和操控式分子动力学(Steered molecular dynamics, SMD)模拟碳纳米管作为载体,研究了一系列的分子在受限体系下的动力学行为和机制。以简单气体作为研究的开端,着力解决两种扩散机制的影响因素；然后研究含有水的扩散行为,着力解决氢键体系扩散行为与非氢键体系的不同点；此后研究转移到多肽药物日达仙,研究其在碳纳米管中的自发输运情况以及该过程的能量；最后我们在日达仙进入纳米管的体系中外加匀强电场,着力研究外加电场对于输运作用的影响。本论文试图为碳纳米管在药物输运领域的潜在应用提供信息,主要的研究结论如下：1.气体在碳纳米管中的扩散一般存在两种类型：单阵列扩散和费克扩散。研究发现对于LJ阶势的气体分子,总存在着过渡管径使得其从单队列扩散突变成为费克扩散。管径的大小约为D～2.6σ-2.8σ,σ参照的是混合物中较大组分。对于Ar和Kr来说,他们在(7,7)及以下的碳纳米管中进行单队列扩散,而在(8,8)及以上的碳纳米管中则进行费克扩散；对于Ne来说,他在(6,6)碳纳米管中进行单队列扩散,而在(7,7)及以上的碳纳米管中进行费克扩散。对于Xe来说,他在(8,8)及以下的碳纳米管中进行单队列扩散,而在(9,9)及以上的碳纳米管中进行费克扩散。这些性质与混合气体的组分比例没有关系。2.在受限体系中,氢键在(6,6)碳纳米管中,容易使得水分子聚集在一起,导致产生了整体的快速运动,我们把这种运动叫做整体漂移。漂移的概念和扩散完全不一样,更强调了整体相关联的运动。相反在(7,7)及以上的碳纳米管中,氢键网络并不会改变水分子的扩散机制,但是使得水分子形成区域化的高密度团簇。管径、温度和密度极大地能够影响氢键的性质,从而导致不同的扩散机制。当管径增大时,扩散系数不断增大。受限体系能够稳定氢键,导致其寿命比体相水的氢键寿命大三个数量级。当温度下降时,(7,7)碳纳米管中水的扩散机制从费克扩散变化为单队列扩散,而且水的平均氢键寿命在(7,7)碳纳米管中不断下降。当密度下降至极低密度时,水的扩散系数忽然降低,因为低密度的水形成团簇的大小导致了扩散的空间非常有限。3.日达仙可以自发进入(20,20)的碳纳米管,但是当其进入管中后,更容易被碳纳米管束缚住,导致其无法出管。研究发现,范德华力和水的作用力,在全过程中起到了非常重要的作用,是日达仙进入纳米管难易程度的最重要因素。在自发进入管道时,范德华力是碳纳米管对于日达仙的吸引作用,水的阻碍作用则体现在氢键和体积上,两者互相竞争,综合作用在药物分子上。碳纳米管管径越小,日达仙更容易受到碳纳米管的限制,不容易自发出管；碳纳米管长越长,束缚多肽的势阱更宽,使得蛋白质更容易束缚在碳纳米管中央。4.由于日达仙容易被碳纳米管管中央束缚住,日达仙必须在外力作用下离开碳纳米管。我们在碳纳米管两端加上匀强电场,进行模拟实验。我们发现管径越小,碳纳米管的势阱越深,日达仙越难被释放出碳纳米管；管长越长,日达仙被输送的距离就越远,但是受到范德华力的作用,日达仙更容易发生形变,导致输运更为困难：电场强度的合适选择将可以控制日达仙是否能输送出碳纳米管。