在不同溶剂体系中PC脂肪酶对PBS基共聚物的催化降解和分子模拟

采用酶促降解实验、分子对接模拟和分子动力学模拟相结合的方法,分别研究了在氯仿和水溶剂体系中洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacialipase PC)对含六元环结构的1,4-环己烷二甲醇(CHDM)、1,4环己烷二甲酸(CHDA)、含醚键结构的一缩二乙二醇(DEG)和二乙醇酸(DGA)单体的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)改性共聚物的降解规律,并对它们进行了比较,阐明了PC脂肪酶与不同底物的结合机制及其降解差异性。结果表明:PC脂肪酶可有效地催化降解不同结构的PBS基共聚物,氯仿中酶与底物结合自由能的大小顺序为CMSCMDGSDGBDABBCABBSB,水中二者的结合自由能大小顺序为CMSCMDGSDGBCABBDABBSB,其中CM单元的六元环状亚甲基的富集作用使得底物与酶活性位点的对接最为稳定,具有较大的结合能,且PBS-co-CHDMS降解率最大。受溶剂效应影响,酶与底物在氯仿中的结合更稳定,降解率远大于在水中的降解率。     

聚偏氟乙烯/聚醚型热塑性聚氨酯弹性体共混物的相互作用及增容机理

采用流延成膜法制备了4种增容改性的聚偏氟乙烯（PVDF）与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体（TPU）固体共混物（PVDF/TPU）.结合分子动力学模拟研究了PVDF/TPU的相互作用,并探讨了其增容机理.研究结果表明,与PVDF/TPU-1,PVDF/TPU-2及PVDF/TPU-3相比,加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷-端氨基丁腈橡胶（GPTMS-ATBN）后,PVDF/TPU-4的2个玻璃化转变温度（T_g）相互靠近,两相界面存在分布梯度,构成了双相连续的微观结构,表明GPTMS-ATBN增容PVDF/TPU共混物具有显著效果.同时,PVDF/TPU-4的共混结合能大幅减小,二面角扭转能、键角弯转能等明显增大,表明PVDF及TPU与GPTMS-ATBN之间发生相互作用.傅里叶红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）证实了GPTMS-ATBN增容PVDF/TPU的机理为GPTMS-ATBN中ATBN链段与PVDF彼此缠绕,相互混溶,而水解后两端GPTMS中大量羟基与TPU分子链中氨基甲酸酯键及醚键相互吸附,从而生成了氢键.     

结合分子模拟探讨PC脂肪酶催化PBS基共聚物降解的主链异构效应

采用固定化洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacia lipase,PC脂肪酶)为催化剂,在有机溶剂体系中研究了环己烷二甲醇和环己烷二甲酸对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的改性共聚物,即聚(丁二酸丁二醇-co-丁二酸环己烷二甲醇酯)(PBS-co-CHDMS)和聚(丁二酸丁二醇-co-环己烷二甲酸丁二醇酯)(PBS-co-BCHDA)的降解规律及其差异性.通过共聚物降解率随时间的变化、降解产物的MALDI-TOF-MS分析研究了共聚物降解规律,并以分子模拟分别研究了降解差异性和PC脂肪酶与底物的结合机制.研究结果表明,PC脂肪酶均可催化PBS基共聚物降解;在降解60 h后,相比较于PBS-co-BCHDA,PBS-co-CHDMS降解率均更大;其中PBS-co-10%CHDMS降解率最大,为85%.共聚物降解不仅生成了线型小分子,还产生了部分环状低聚物;此外,PBS-co-CHDMS降解产生的低聚物种类比PBS-co-BCHDA的要多.分子对接模拟结果表明,在氯仿中,PC脂肪酶与底物结合自由能的大小顺序为CMSCMBSCMBCABBSB,即含有丁二酸环己烷二甲醇酯(CHDMS)单元的底物与PC脂肪酶活性位点的对接更为稳定.     

亲水改性PBS基共聚物的N435酶降解差异性及分子模拟

在水相体系中, 采用脂肪酶Novozym435对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)分子主链中氧醚键在醇段和酸段的不同位置的共聚物聚(丁二酸丁二醇-co-丁二酸二甘醇酯)[P(BS-co-BDGA)]和聚(丁二酸丁二醇-co-二甘醇酸丁二醇酯)[P(BS-co-DEGS)]进行酶促降解研究. 以分子对接模拟探讨了酶对亲水性底物的识别及相互作用机制. 通过对降解前后不同摩尔比的共聚物薄膜的质量损失率、 亲水性、 热性能以及降解产物的分析, 研究了PBS改性共聚物的降解规律. 结果表明, 随着降解时间的推移, 所有共聚物薄膜的质量损失率升高, 亲水性增强, 热分解温度升高; 降解5 d后, P(BS-co-BDGA)降解产生的低聚物种类比P(BS-co-DEGS)的多. 分子对接结果表明, 醚键在酸段的P(BS-co-BDGA)型酯键与Novozym435酶活性位点的结合比醚键在醇段的P(BS-co-DEGS)型酯键更稳定, 因此, 在N435脂肪酶作用下, P(BS-co-BDGA)比P(BS-co-DEGS)的降解效果好. 实验结果表明, 当DGA摩尔分数为20%时, 降解效果最佳.     

大跨斜拉桥结构健康监测实验室模型试验平台

本文基于山东滨州黄河公路大桥,建立面向结构健康监测的实验室模型试验平台.基于相似理论,分析模型相关参数的相似关系,确定模型缩尺比、材料和截面尺寸,并对模型附加质量和斜拉索进行合理地简化.采用ANSYS建立物理模型的三维空间实体有限元数值分析模型,实体建模能较好的体现模型局部特征和模拟损伤.模型制作采用分段整体浇注,分段之间设计连接件连接,模拟斜拉桥施工顺序进行实验室组装,基于影响矩阵法对斜拉索进行张拉成桥.建立了包括传感器系统、静动力加载系统、数据采集系统和数据处理四大部分的完整试验体系,并对隔离出的桥塔和桥面板子结构进行了静动力试验,对全桥模型进行了动力测试.子结构和全桥模型的试验结果与有限元计算结果,以及原桥实测值都吻合较好,验证了斜拉桥模型的准确性和试验平台的有效性.试验系统的建立,为结构健康监测技术提供了一个试验研究平台.     

结合分子模拟探讨共聚酯PBSH在不同溶剂中的PC脂肪酶催化降解

采用固定化洋葱假单胞菌(PC)脂肪酶为催化剂,研究了在氯仿和四氢呋喃(THF)中不同摩尔比的聚(丁二酸丁二醇-co-丁二酸己二醇酯)(PBSH)的酶促降解规律及其差异性.通过PBSH降解前后的相对分子质量变化、降解产物的MALDI-TOF-MS分析研究了共聚酯降解规律,并以分子动力学(MD)及分子对接模拟分别研究了PC酶的溶剂效应及酶与底物的结合机制.研究结果表明,PC酶在2种溶剂中均可催化PBSH降解,但在氯仿中酶的活性较大,PBSH降解率大.分子动力学模拟数据表明,在THF中,PC酶整体氨基酸残基的涨落比氯仿中大,且THF会进入酶活性口袋中与催化残基Ser87结合,破坏了催化残基Ser87和His286之间的相互作用.分子对接结果分析发现,含丁二酸己二醇酯(HS)单元底物与PC酶活性位点的对接比含丁二酸丁二醇酯(BS)单元的更为稳定.     

基于聚类算法和自由度集结的柔性结构模型降阶研究

提出了采用k-means聚类算法对动力相似自由度进行自动集结的模型降阶方法。考虑动力荷载空间分布,给出了根据模态参与系数选取原模型重要模态的方法,并讨论了次要方向自由度舍弃的方法。根据重要模态中各自由度振型值的相似性,应用聚类算法对自由度进行自动分类,从柔度矩阵元素的定义入手推导了结构矩阵显式条件下柔度法降阶的统一表达式,并证明了降阶模型的正定性、对称性及正交关系。最后通过一榀40层混凝土框架结构模型由240自由度降阶为8自由度的算例,说明了柔度法降阶的有效性及降阶模型评判指标的合理性。     

结合分子模拟探讨不同醚键PBS基共聚物的性能与酶催化降解

以硫二甘醇取代二甘醇,在聚(丁二酸丁二醇酯)(PBS)分子主链上分别引入硫醚和氧醚基团,得到聚(丁二酸丁二醇酯-丁二酸硫代二乙二醇酯)[P(BS-co-TDGS)]和聚(丁二酸丁二醇酯-丁二酸二乙二醇酯)[P(BS-co-DEGS)],通过热重分析(TG)和X射线衍射(XRD)测试比较了二者的结晶性能和热性能.采用南极假丝酵母脂肪酶N435(CALB)为催化剂,在水相中研究了P(BS-co-TDGS)和P(BS-co-DEGS)的降解规律及差异性.采用分子模拟方法研究了共聚物可能存在的聚集态以及N435酶与底物的结合,模拟结果验证了共聚物P(BS-co-TDGS)的结晶度下降及热稳定性降低的结论.分子对接模拟结果表明,N435酶与DEGSDEG单元的结合能更大,即含有丁二酸硫代二乙二醇酯键型底物P(BS-co-DEGS)与N435酶活性位点的对接更为稳定.