云母表面吸附烷基伯胺对其疏水性的影响

矿物表面的疏水性受吸附在其表面的表面活性剂的影响,进而影响矿物的浮选行为.本文通过表面接触角测量、原子力显微镜(AFM)观测以及密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)模拟计算,研究了吸附在云母表面的烷基伯胺的链长对其疏水性的影响.通过比较氧密度和氢键数量分布,发现每个水分子在碳氢链尾端和水相接触的界面上相对于在体相中形成氢键的能力有所降低,而吸附烷基伯胺的云母由亲水性转化为疏水性.研究结果还表明,在单分子层吸附状态下,吸附十八胺的云母的疏水性比吸附十二胺的云母的疏水性要强,且由于十八胺的临界半胶束浓度(HMC)要远低于十二胺,十八胺更易在云母表面形成多层吸附,证明烷基伯胺的碳链越长,其对云母表面疏水性改善的能力越强.实验结果与理论计算结果吻合良好.     

疏水高分子单链在疏水表面上吸附和扩散过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究不同聚合度(N)的聚乙烯(PE)单链在Si(111)表面上的吸附和扩散行为. 分别设置相对介电常数为1和78模拟无溶剂和不良溶剂环境. PE单链的平衡吸附构象均呈现为二维吸附构象, 但在这两种截然不同的环境中呈现不同的构象和动力学特征, 说明溶剂环境对于疏水高分子单链在疏水表面上的吸附和扩散起到了很大的作用. 吸附能与聚合度呈线性关系, 单位链长的平均吸附能是-0.38 kJ·mol^-1. 另外, 扩散系数(D)与聚合度之间的标度关系是D~N^-3/2.     

四苯硼钠在活性炭表面吸附过程的疏水相互作用

In this paper, the adsorption characteristics of sodium tetraphenylborate(NaBPh4) on activated carbon at 298.2,303.2,308.2,313..2 and 323.2 K was studied.The results show that the adsorption isotherm of NaBPh4 on activated carbon at different temperatures could be described using Langrnuir equation. Furthermore, the standard Gibbs energy, enthalpy, entropy and hydrophobic interaction Gibbs energy for the adsorption of NaBPh4 on activated carbon were studied, and the result shows that the hydrophobic interaction of BPh4^- ion plays the most important role for the transfer of NaBPh4 from water to activated carbon surface.     

疏水蛋白吸附碳纳米管的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了水溶液中Ⅱ型疏水蛋白HFBI在单壁碳纳米管(SWNTs)表面的吸附过程, 考察了3种不同的HFBI初始取向, 并计算了结合自由能, 从累计240 ns的模拟轨迹中得到了不同的吸附结构. 结果表明, 当HFBI完全通过疏水面与SWNTs作用时, 其结合自由能最有利吸附, 且吸附最稳定. 另外, 由于HFBI含有4个二硫键, 因此吸附过程几乎不改变其二级结构.     

静电力驱动蛋白质在疏水蛋白表面的吸附

疏水蛋白是丝状真菌产生的一种外泌蛋白质, 它们可以在不同表面形成双亲性蛋白膜. 疏水蛋白也是一种优良的蛋白质固定化基质, 然而蛋白质在疏水蛋白表面吸附的驱动机制却是未知的. 本文系统研究了不同pH和离子浓度下蛋白质在疏水蛋白表面的吸附. 首先, 用石英晶体微天平技术研究了不同pH和离子浓度下, Ⅰ型疏水蛋白HGFI和Ⅱ型疏水蛋白HFBI在聚苯乙烯表面的吸附. 结果发现, pH和离子强度对HGFI在聚苯乙烯表面的吸附影响较大, 对HFBI的吸附影响与HGFI相比则较小; HGFI在聚苯乙烯表面主要形成的是弹性膜, 而HFBI在聚苯乙烯表面主要形成的是刚性膜. 随后又研究了不同pH和离子浓度下牛血清白蛋白(BSA)和亲和素(Avidin)在HGFI和HFB上吸附, 结果表明, pH和离子强度对BSA和Avidin在HGFI和HFB上吸附有显著影响, 说明BSA和Avidin在两种疏水蛋白上吸附的主要驱动力为静电力. 本文研究结果为实现疏水蛋白表面可控地固定蛋白质提供了理论指导.     

NaCl溶液中纤连蛋白在TiO_2表面吸附的动力学模拟

对NaCl水溶液环境中,纤连蛋白(FNIII_(10))分子在金红石型TiO_2 (110)表面的吸附行为进行了分子动力学模拟.根据模拟溶液各成分与TiO_2表面原子之间的径向分布函数、离子在水溶液中的扩散系数及FNIII10和离子的吸附构象等相关参数发现,分布于TiO_2表面的稳定双层水分子是固液界面的主要特征,FNIII10分子通过天冬氨酸残基侧链末端的羧基基团(COO~-)同表面Ti原子之间的强相互作用,结合赖氨酸残基侧链及位于FNIII_(10)始端的精氨酸残基N端的氨基基团(NH_3~+)与表面桥氧原子之间的氢键作用,牢固地吸附在TiO_2表面.溶液中吸附在TiO_2表面的Na~+可与羧基氧原子配合形成稳定的吸附构型,而分布在第二水层外侧的Cl-对纤连蛋白分子在TiO_2(110)表面的吸附点位基本无影响.     

重要性采样方法与自由能计算

分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而,由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内,体系很难跨越较高的自由能能垒,在相空间内的采样大大受限,采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这一问题的有效途径,重要性采样方法就是其中一类。本文综述了四种广泛应用的重要性采样方法--伞状采样方法、metadynamics方法、自适应偏置力方法和温度加速分子动力学方法的原理和进展,其中重点概述了自适应偏置力方法的最新发展--扩展自适应偏置力方法和扩展广义自适应偏置力方法,并对这四种重要性采样方法的优缺点进行了比较。最后,讨论和展望了重要性采样与自由能计算方法面临的挑战和前景,并提出了对自适应偏置力方法可能的改进,如与加速分子动力学（aMD）或弦方法结合以提高在高维度空间中的采样效率。     

聚苯乙烯在石墨表面吸附的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法研究了单链聚苯乙烯(PS)在石墨表面的吸附. 模拟结果表明, 吸附后PS在平行于石墨表面的方向可视为准二维椭圆结构, 并且在此方向上的均方回转半径值(R2∥)与其所含单体数目(N)具有指数关系R2∥-N2v, 指数2v约等于1.04; 最后指出PS吸附过程的主要驱动力为PS链段与表面之间的范德华作用力.     

疏水缔合聚合物在石英砂表面的吸附——疏水基含量和微嵌段长度对吸附的影响

研究了不同分子结构的疏水缔合聚合物和部分水解聚丙烯酰胺在45、55和65 ℃下的静态吸附特征。 实验结果表明,疏水缔合聚合物的疏水基含量和微嵌段长度可以改变聚合物在石英砂表面的最大吸附量,而其中疏水基含量是主要影响因素,等温吸附曲线出现2个平台区。 随着温度的升高, 部分水解聚丙烯酰胺吸附量增大,而缔合聚合物则表现出相反的规律;缔合聚合物通过改变疏水基含量和微嵌段长度来影响其吸附性能。     

新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算（英文）

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团（DFMP）或二氟甲基硫酸基团（DFMS）的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B（PTP1B）的相互作用模式,并通过1ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area（MM/GBSA）方法计算了其结合自由能.计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致;通过基于主方程的自由能计算方法,获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息,这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性,进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.     

环糊精包结谷胱甘肽的机理

使用分子动力学模拟结合自由能计算的方法在原子水平上研究了谷胱甘肽与α-,β-和γ-环糊精的包结模式,计算了谷胱甘肽与3种环糊精之间6种可能包结过程的自由能变化.结果表明,谷胱甘肽的谷氨酸残基从α-环糊精大口端进入空腔最终形成的包结复合物最稳定;在该复合物中,谷氨酸残基的亚甲基链部分被完全包结在疏水空腔中,其氨基与羧基位于与α-环糊精的小口端,并与环糊精的伯羟基形成了氢键,同时半胱氨酸中的巯基位于环糊精的大口端,得到了有效的保护.因此,疏水相互作用和氢键相互作用构成了包结的主要驱动力.β-环糊精的优势包结模式与α-环糊精类似,但形成复合物的稳定性次之,而γ-环糊精由于空腔较大,优势的包结模式是谷氨酸残基从γ-环糊精小口端进入空腔,但所形成的复合物结构的稳定性最弱.     

乙烯等离子体处理的云母表面结构及表面性质

用元素分析、色-质谱、裂解气相色谱和顺磁共振等方法研究了经乙烯等离子体处理的云母表面化学结构及处理过程。结果表明,云母颗粒表面形成了厚数十埃的等离子体聚乙烯膜,其化学结构与反应体系中无云母时得到的等离子体聚乙烯膜相同。通过扫描电镜观察到云母片表面的聚合膜具有规则的海星状花样,随处理时间的延长花样按比例长大。水与云母表面的接触角数据说明,乙烯等离子体处理使云母表面的疏水性提高到聚乙烯的水平,比氩气等离子体、硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂处理的效果均更为显著。     

咪唑啉缓蚀剂在Fe(001)表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了5种不同烷基链长的咪唑啉类缓蚀剂在Fe(001)表面的吸附行为和成膜机制,并对其缓蚀机理进行了深入分析.研究结果表明:咪唑啉分子的极性头基会吸附在金属表面上,而烷基碳链则背离金属表面,并通过自身的扭转形变实现稳定吸附;随着烷基链长的增加,缓蚀剂与金属基体的结合强度逐渐增加,所形成缓蚀剂膜的致密性也逐渐增大;致密的缓蚀剂膜能有效地阻碍腐蚀介质向金属表面扩散,从而达到延缓金属腐蚀的目的.5种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果与实验结果吻合.     

Comparison of Adsorption of Proteins at Di erent Sizes on Pristine Graphene and Graphene Oxide

Using all-atom molecular dynamics (MD) simulations, we have investigated the adsorption stability and conformation change of different proteins on the surface of pristine graphene (PG) and graphene oxide (GO). We find that: (ⅰ) with the cooperation of the electrostatic interactions between proteins and oxygen-containing groups, GO shows better adsorption stability than PG; (ⅱ) the peptide loses its secondary structure on both PG and GO surface, and the α-helix structure of the protein fragment is partially broken on PG surface, but is well preserved on GO surface, while the secondary structure of globular protein has no distinct change on both PG and GO surface. In general, GO presents better biocompatibility than PG. Our results are of significant importance to understand the interactions between proteins and PG/GO and the applications of PG/GO in biotechnology and biomedicine.     

自由能计算揭示苏氨酸对抗冻蛋白与冰晶结合能力的影响

采用分子动力学模拟和自由能计算研究了中等活性黑麦草抗冻蛋白(Lolium perenne antifreeze protein, LpAFP)冰结合位点(Ice-binding site, IBS)上苏氨酸(Thr)含量对其吸附冰晶能力的影响. 构建了一系列LpAFP突变体结构, 使其IBS上苏氨酸含量逐步增加, 其中包括一个对IBS上11个位点的突变, 使每个β片段均具有Thr-x-Thr基序(x是非保守的氨基酸, 主要是疏水氨基酸). 利用重要性采样算法(WTM-eABF)计算了LpAFP及其突变体与冰晶结合过程的自由能变化, 该算法结合了Well-tempering metadynamics的“填谷”和扩展拉格朗日自适应偏置力方法的“削峰”的优点, 显著提高了算法的采样效率. 结果表明, LpAFP突变体的IBS苏氨酸含量越高, 其与冰的结合在能量上越有利. 当突变体具有重复Thr-x-Thr基序时, 其与冰的结合能力最强. 进一步分析表明, 苏氨酸含量越高, IBS结合的液态水分子越多, 与冰晶结合时锚定包合水稳定存在的时间就越长, 抗冻蛋白的IBS与冰面之间的氢键网络也越稳定, 从而提高了抗冻蛋白与冰的结合能力. 增加苏氨酸残基的含量是提高中等活性抗冻蛋白抗冻活性的方法.     

咪唑啉酰胺在电偶电极表面的吸附行为

采用原子力显微镜技术研究了有机阳离子缓蚀剂(咪唑啉酰胺)在电偶电极表面的吸附行为, 并探讨了其腐蚀抑制机理. 结果表明, 金属表面的过剩电荷较大地影响缓蚀剂分子的吸附行为. 在1%的NaCl溶液中, 碳钢电极表面带有过剩的负电荷；不锈钢电极表面带有过剩的正电荷；碳钢电极和不锈钢电极耦合后, 其表面分别带有过剩的正电荷和负电荷. 在耦合前阳离子缓蚀剂分子仅吸附在碳钢表面, 耦合后缓蚀剂分子在偶对的阴极(不锈钢)和阳极(碳钢)表面均有吸附, 但缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附强度和覆盖度较之耦合前降低, 缓蚀剂的腐蚀抑制能力减弱.     

Adsorption of water molecules in slit pores

We report molecular dynamics (MD) simulations on the adsorption of water in attractive and repulsive slit pores, where the slit and a bulk region are in contact with each other. Water structure, surface force and adsorption behavior are investigated as a function of the overall density in the bulk region. The gas–liquid transition in both types of pores occurs at similar densities of the bulk region.     

Ordered nano-structure of a stamped self-organized protein layer on a HOPG surface using a HFB carrier

A groundbreaking method for ordered molecular layer preparation on a solid surface employing the drop-stamp method has been developed by us taking advantage of the characteristics of the HFB molecule as a self-organizer/adsorption carrier. It is a smart method which can be used to prepare a self-organized protein layer on a solid surface without unspecific adsorption or defects. In our previous report, we clarified the self-organizing nature of HFB-tagged protein molecules on a surface of a solution droplet. In this report, a protein layer was prepared on a HOPG surface by using the drop-stamp method with a maltose binding protein (MBP)-tagged HFBII molecule. The structure of the stamped protein layer was investigated using frequency modulation atomic force microscopy (FM-AFM) in a liquid condition. The FM-AFM images show that the drop-stamp method can prepare an ordered protein layer on a solid surface smartly. The drop-stamp method using a HFB carrier is a practical method which can be used to prepare an ordered protein layer on a solid substrate surface without unspecific adsorption defects.