显式溶剂模型模拟嵌段共聚物在纳米微滴中的图案化结构

采用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了嵌段共聚物在纳米微滴中的相分离行为.模拟是将共聚物纳米微滴置于溶剂环境中进行自发相分离,从而形成一些图案化结构.由于是受限体系,所形成的结构和在溶液或熔融体中形成的相分离结构有所差异,这些结构的形成与亲/疏溶剂嵌段比例(RH/T)有关系.随着亲/疏溶剂嵌段比例的增加,依次形成了枣糕球体、排球状相、多层囊泡(洋葱相)、笼状相、纳米杆状相和分散胶束等结构.我们对洋葱相的形成过程进行了详细的描述.溶剂粒子的集群属性有助于更加深入地了解洋葱相的结构衍化.采用密度曲线分析了洋葱相的结构.在较高的亲/疏溶剂嵌段的比例条件下,嵌段共聚物主要表现为亲溶剂性,通过吸收大量的溶剂溶胀形成疏松结构或瓦解形成分散的胶束悬浮在溶剂中.本文模拟结果与理论或实验结果基本吻合.     

回流比对精馏塔理论塔板数的影响:计算机辅助计算在化工原理课程中的应用*

以精馏塔理论塔板数计算为例介绍计算机辅助计算在化工原理课程中的应用,并研究回流比对理论塔板数的影响。首先对已知塔板数的精馏塔设计实例进行计算,验证程序的正确性;然后以一个工业案例介绍本方法在实际生产中的应用;为了培养学生的探索精神,最后探讨改变参数对理论塔板数的影响,并分析了原因:当回流比减小时,理论塔板数增加,主要是精馏段塔板数增加引起。当回流比以很小的间隔减小时,理论塔板数呈锯齿形增加,是由于提馏段塔板数呈锯齿状变化引起。进一步分析提馏段的操作线和料液组成发现,锯齿状变化是由于进入提馏段料液的液相组成波动所导致。     

分子动力学研究F1-ATP合酶对三磷酸腺苷的稳定和定位作用

F₁-ATP合酶通过与ATP之间建立广泛的相互作用,实现对ATP的位置进行精确的定位.这些相互作用为ATP的合成/水解创造了稳定的环境.理解这些相互作用是理解ATP的合成/水解机理的基础.我们通过分子动力学模拟方法研究这些相互作用,找出在稳定化过程中起到重要作用的残基.通过检测ATP和F₁-ATP合酶之间的非键相互作用,发现残基段158-164所形成的loop区域及残基R189, Y345对ATP存在显著相互作用.其中,该loop区域对ATP的三磷酸部分形成一个半包围结构,封闭活性位点区域,并通过氢键网络约束ATP三磷酸的运动,为ATP合成/水解创造稳定的环境.此外,关键残基Y345通过π-π叠加相互作用对ATP的碱基进行约束,但是ATP的碱基可以在平行于Y345芳香环的平面内进行滑动,我们推断这种滑动运动有利于促进ATP的水解.     

碱基对在DNA双螺旋链上分离的自由能计算

DNA是大部分生物包括病毒的基因载体。DNA双螺旋链通过A＝T和G≡C两种碱基对编码实现对遗传信息的存储。碱基对中的相互作用对DNA双螺旋链的稳定性起到重要作用,直接关系到基因的复制和转录。当前研究中,我们构建了四组不同结构的DNA双螺旋链,进行了总共4.3 μs的分子动力学模拟。通过伞形取样技术计算了DNA双螺旋链中碱基对分离的自由能曲线,并从分子尺度细节和相互作用能对自由能曲线进行解析。在碱基对G≡C的自由能曲线(PMF-PGC)上观察到三个峰,通过监测氢键数目的变化发现分别对应于G≡C三个氢键的断裂;而在A＝T的自由能曲线(PMF-PAT)上只出现一个峰,说明A＝T的两个氢键在分离过程中几乎同时断裂。PMF-PGC的总能垒比PMF-PAT高,主要是因为G≡C比A＝T多一个氢键,更稳定。两条曲线的后段自由能仍然升高,而此时碱基对的氢键已断裂,这是DNA链骨架刚性所导致。我们还研究了碱基对稳定性受相邻碱基对的影响,发现邻近G≡C碱基对会增强A＝T的稳定性, C≡G会削弱A＝T的稳定性, T＝A对A＝T的影响较小。     

耗散粒子动力学研究片状双层——囊泡转变

片状双层是囊泡自发形成过程中的重要中间态,由片状双层向囊泡的转变机理一直未被认清．本文以磷脂分子DMPC作为模拟对象,采用普适性的粗粒化模型和耗散粒子动力学模拟方法,以体系粒子无序分布和无应力片状双层作为初态,对水溶液中片状双层——囊泡的转变过程进行了深入研究．发现尾-水粒子间憎水作用能最小化是片状双层卷曲形成囊泡的微观本质．囊泡的双分子层为二维流体．此外还得到了囊泡上粒子的位置分布和化学键排列取向等方面的结构信息．