高分子液晶条带织构的计算机模拟

首先建立了描述液晶畸变的Frank自由能的向量形式与张量形式之间的关系 ,由此得到了Frank弹性常数与描述液晶相变的取向序参量Sij的一阶空间导数的展开系数间的关系 .结合包括Landau deGennes取向自由能、Maier Saupe各向异性相互作用自由能和Frank自由能的液晶自由能泛函 ,用原胞动力学方法对关于Sij的Ginzberg Landau方程进行了数值求解 .在弯曲弹性常数远小于展曲弹性常数的前提下 ,模拟了二维液晶在剪切松弛下条带织构的形成及其小角光散射图样 ,考查了初始剪切速率的影响 .结果发现 ,由于弯曲弹性常数远小于展曲弹性常数 ,使纵向的展曲形变松弛速率远比横向的弯曲形变松弛速率迅速 ,从而导致纵向的条带结构的形成 ;初始剪切速率增大 ,开始出现条带织构的诱导时间减小且条带的特征尺寸变小 ,与实验结果一致 .     

高分子链在分子刷表面吸附的Monte Carlo模拟

用Monte Carlo方法模拟研究了一条自由高分子链在分子刷表面吸附的静态和动态特性.结果表明,随着自由链与分子刷之间吸附作用能(ε)的增大,自由链出现由脱吸附态到吸附态的相转变,同时链的扩散由正常模式转为亚扩散模式.临界吸附能(ε_C)几乎与自由链长度无关,但随着分子刷链长度的减小或分子刷链间距的增大而不断增大.在ε_C附近,自由链嵌入分子刷内部,同时链尺寸达到极小,而当ε?ε_C时,自由链处于强吸附态,链节主要分布于分子刷表层,同时整个吸附动态过程可分为自由链吸附和分子刷扩散两个阶段.     

打结高分子链穿孔行为的研究

以三叶草型结(即3₁结)为例,采用分子动力学(MD)方法,研究打结高分子链在外场力作用下穿越微孔的动力学过程.模拟发现,在拉动打结高分子链的过程中,结的大小呈涨落变化,直至最后散结.定性讨论了结的存在对高分子链穿孔速率的影响.在外场力作用下,打结高分子链平均穿孔时间(τ)与链长(N)满足标度关系τ～N ^α,其中标度系数α随外场力f增大而增大.对于短链,外场力越大,平均穿孔时间越短     

外力驱动作用下高分子链在表面吸附性质的计算机模拟

采用退火法模拟研究受外力F驱动的高分子链在吸引表面的吸附特性.通过高分子链的平均表面接触数〈M〉与温度T之间的关系计算临界吸附温度T_c,并发现T_c随着F的增加而减小;进而通过高分子链的均方回转半径分析外力驱动作用对高分子链构象的影响,并从回转半径极小值或者垂直外力方向的y和z分量的变化交叉校验临界吸附点T_c.模拟计算了处于吸附状态的高分子链随着外力F的增加是否会发生吸附状态到脱附状态的相变以及发生相变所需施加的外力是否由温度所决定.模拟结果表明:两种不同温度下高分子链的吸附性质和构象性质受外力驱动作用而产生不同现象,在温度区间T*_cTT_c时会发生脱附现象,而在TT*_c时不会发生脱附现象.     

一端附壁高分子链的Monte Carli研究

采用简立方格点上的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟,研究一端被无限大不可穿透平面壁吸附的高分子链的均方末端距（Ｒ＾２）,以及高分子链的质量中心到平面吸附壁的平均距离（Ｚ）,与链长Ｎ、参数ｕ（ｕ＝ｅ＾－ε／ｋＴ,ε是链骨架原子间的相互作用能量,ｋ是玻耳兹曼常数,Ｔ是热力学温度）的关系。结果表明：（Ｒ＾２）和（Ｚ）都服从标度律,（Ｒ＾２）＝ａＮ＾γ,（Ｚ）＝βＮη,其中,γ、η、α、β都是ｕ的函数;ｕ从１减小到０．５,则γ从１．０１增大到１．１９,η从０．５１增大到０．６０。     

管道噪声的自适应抵消及其计算机模拟

本文提出一种采用自适应抵消的管道噪声有源降噪系统，自适应滤波器为有限冲激响应的横向结构，系统中采用了辅助滤波器和补偿滤波器，它们保证了最小均方算法的正确收敛，消除了声反馈效应，计算机模拟证实了该系统的可行性，通过对具有不同物理参数的管道的计算机模拟，得到了这些参数的变化对总降噪量的影响，这些参数包括温度、气流速度、管内的吸声情形、次级声源的Q值及次级声源到检测传声器的距离，模拟的结果有助于实际管道有源降噪的系统的设计。     

一端附壁高分子链的Monte Carlo研究

采用简立方格点上的Monte Carlo模拟,研究一端被无限大不可穿透平面壁吸附的高分子链的均方末端距<R²>,以及高分子链的质量中心到平面吸附壁的平均距离<Z>,与链长N、参数u(u=e^-ε/kT,ε是链骨架原子间的相互作用能量,k是玻耳兹曼常数,T是热力学温度)的关系。结果表明:<R²>和<Z>都服从标度律,<R²>=αN^γ,<Z>=βN^η,其中,γ、η、α、β都是u的函数;u从1减小到0.5,则γ从1.01增大到1.19,η从0.51增大到0.60.     

多价态高分子链在受体平面上的超选择性吸附

利用三维朗之万动力学模拟研究了多价态高分子链在受体平面上的吸附行为。其在受体平面上的吸附具有超选择性,随着高分子链上配体浓度的增大,发生超选择性吸附时的平面受体浓度范围变窄;而超选择性吸附最显著时的平面受体浓度,即最佳平面受体浓度随着链上配体浓度的增大而减小。对处于吸附态的多价态高分子链的构象性质进行了系统地研究,发现链的平衡回转半径R_g及其水平分量R_g},随着平面受体浓度的增大都存在极大值。其平衡回转半径R_g与其链长N间的标度指数表明当平面受体浓度的增大时,处于吸附态的链构象介于二维链构象和三维链构象之间;随着平面受体浓度的进一步增大,吸附在平面上的多价态高分子链发生轻微的塌缩     

单链DNA在受限环境中伸展的Monte Carlo模拟

将MonteCarlo方法和键长涨落算法相结合,模拟了受限于两平行平面间的单链DNA分子在外力作用下的伸展以及撤除外力以后弛豫的动力学过程,研究了受限程度对DNA分子的伸展长度及弛豫过程的影响.结果表明,随着受限程度的增加,DNA分子链的构象更加伸展,这主要是由于随着平面间距的减少,DNA分子不同链段之间流体力学相互作用将会被平面屏蔽所致,受限程度不同时DNA分子的弛豫过程进一步证实了这一点.DNA分子的伸展长度(即末端距)随着流速的变化关系与文献给出的实验结果及其对此所做的理论分析是基本一致的.     

纳米通道内高分子稀溶液的分子动力学模拟

运用分子动力学方法对纳米通道内的高分子稀溶液进行了模拟,分析了通道宽度、壁面性质和链长对高分子链构象参数和质心密度分布的影响。模拟结果表明:随着通道宽度和壁面接触角的增大,回转半径逐渐减小,高分子链实现了从二维构象向三维构象的转变;通道宽度的减小和壁而接触角的增大,均导致高分子链远离壁面;在通道宽度一定时,长链高分子易呈伸展状且远离壁面,而短链易呈团聚状且移向壁面.     

Effect of Interaction upon Translocation of Confined Polymer Chain Through Nanopore

运用二维的键长涨落模型和蒙特卡洛方法研究高分子链从一个受限空间到自由空间穿孔过程中,链单体与纳米孔之间的相互作用.结果表明,在不同的链长和纳米孔交互作用下,高分子链成功穿越自由能能垒取决于链长和纳米孔长度,并且由于交互作用降低了自由能能垒,导致高分子链在纳米管的平均捕获时间缩短.     

Factors Affecting Polymer Translocation Through a Nanopore in a Membrane

采用Monte Carlo方法研究了高分子链穿越"trans"侧具有吸附作用的膜上纳米孔的过程. 当体系的温度TTc时,τ随着温度的升高而增大. 穿孔时间与膜的吸附势强度μ0 之间存在非单调依赖关系,τ首先随着μ0的增大而增大,最后τ随着μ0 的增大而减小. 研究穿孔时间与溶剂性质的关系时发现,当εAB<εc时,τ随着εAB 的增加而增加,当εAB>εc时,τ 随着"AB 的增加而减小. 高分子链穿孔时间与链长N之间存在着标度关系：当吸附势强度μ0>μc时,τ∝N^1.602,当μ0相似文献   

Monte Carlo Study on Spontaneous Recoil of Confined DNA Chain

在外加电场作用下,长链DNA分子的一部分链段进入构象熵较小的受限区域,其余部分仍滞留在高熵区. 电场撤除后,位于受限区域的DNA链段将自发回弹到高熵区域. 采用键涨落算法对这一动力学过程进行了模拟研究. 链段的回弹速度逐渐增大,这与实验结果是一致的. 模拟结果揭显示,增加受限区域的障碍物的尺寸或缩小间距都会导致DNA链段回弹速度的增加. 进一步的分析表明链单元在受限区域内的有效熵正比于其在受限区所能到达部分占总受限区域面积的比例.     

紧密高分子链从无规线团到球形相变的蒙特卡洛模拟：链单体的相互作用

本文采用蒙特卡洛模拟研究紧密高分子单链的无规线团到球形转变过程. 首先,研究某一固定链单体的相互作用下的有效尺寸效应,并发现短链表现出一次的坍塌相变,而长链则出现两次,这从热熔曲线上可以明显看出. 随着链单体相互作用的减小,热熔曲线上峰值对应的转变温度朝着低温转移. 从体系的能量、均方回转半径和形状因子可以进一步看出,高分子相变发生在更低的温度区间. 这些结果有助于加深理解高分子坍塌相变过程中链单体相互作用的影响.     

Translocation of Biopolymer Chain Through a Nanopore: Coil--Helix Transition

The translocation dynamics of a single biopolymer chain through a nanopore in a membrane is investigated by taking the coil-helix transition into account. Based on the changing of the free energy due to the coil-helix transition, the mean first passage time T is obtained, and then the corresponding numerical simulations are presented under different conditions. It is shown that the coil--helix transition can significantly shorten the translocation time of the biopolymer chain. In addition, we also discuss the scaling behaviour for T with the chain length N and some related problems.     

Translocation of Polymer Chains Through a Channel with Complex Geometries

采用nPERMis (new pruned-enriched rosenbluth method with importance sampling) 算法,研究了高分子链在通道中穿行的力学行为. 在管道穿行的过程中,计算了其作用力,发现进入中间通道的过程其对应的作用力f和第一个单体在x轴方向的位置关系曲线有一个平台(f>0). 由于高分子链的受限减少了高分子链的构象数目和熵,从而增加了其自由能, 因此只有在外力的作用下,高分子链才可以进入中间管道. 当高分子运动到某一位置后,第二个平台开始形成(f<0),这时高分子链自发进入右通道. 这是因为在右通道中高分子链的自由能降低的比左通道中高分子链的自由能升高的快. 右通道中的高分子链自发地拉动左通道中的高分子链. 研究了链长、左、右通道宽度对穿孔有很大影响. 通过这些研究可以详细解释各部分穿行时间不同的原因.     

纳米孔壁面作用对蛋白质过孔影响的粗粒化分子动力学模拟

基于粗粒化分子动力学方法模拟电驱动蛋白质过孔过程,研究纳米孔-水/纳米孔-蛋白质相互作用对电泳迁移率的影响;用操控式分子动力学模拟分析蛋白质在不同相互作用下过孔摩擦系数和摩擦阻力.研究发现：蛋白质黏附纳米孔壁面对其过孔特性影响并不明显,而纳米孔-水相互作用对蛋白质过孔电泳迁移率和摩擦系数影响较大.随纳米孔-水相互作用增强,纳米孔壁面与蛋白质附近水分子运动差异显现,蛋白质过孔摩擦阻力显著增大,过孔摩擦系数随之增大,进而影响蛋白质过孔电泳迁移率.所得结果可为纳米孔材料设计提供理论指导.     

Time-resolved Monte Carlo Simulation of Propagation of Photons Through Layered Tissues

The propagation of photons through layered tissues is discussed using time resolved Monte Carlo method. The effects of the absorption coefficient, scattering coefficient and anisotropy coefficient on the shape of time resolved transmission are investigated. The energy attenuation of light in layered tissues is also achieved for the infinitesimal-width light and infinite-width light, respectively.     

Time-resolved Monte Carlo Simulation of Propagation of Photons Through Layered Tissues

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ,ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｉｍｅ ｒｅｓｏｌｖｅｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｐｕｌｓｅｄｌｉｇｈｔｉｎｔｉｓｓｕｅｓｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｎｔｅｒｅｓｔ[1～ 6] .Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｕｓｅｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｄｉａｇｎｏｓｔｉｃａｎｄｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｍｅｄｉｃｉｎｅｈａｓｃｒｅａｔｅｄｔｈｅｎｅｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅｌｙｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｉｖｉｎｇｔｉ…