分子动力学模拟研究聚乳酸/聚酰胺11共混物的相容性

采用分子动力学(MD)模拟方法在COMPASS力场下,研究了不同质量比(10/90,30/70,50/50,70/30和90/10)聚乳酸(PLA)/聚酰胺11(PA11)共混物的相容性.研究结果表明:不同比例下PLA/PA11共混物的Gibbs自由能变化均大于零,其共混物很难形成均相体系;共混体系结合能的计算以及不同组分分子间C—C原子对径向分布函数的分析揭示了PLA和PA11的相互作用主要源自其分子间的范德华力;此外,模拟得到的所有比例下共混物的Flory-Huggins相互作用参数(χ)均大于临界Flory-Huggins相互作用参数(χcritical),进一步证明PLA与PA11不能形成相容体系。     

金属Ni熔化前后结构变化的分子动力学模拟

使用Tight-binding势函数, 对FCC-Ni升温熔化过程的结构变化进行了分子动力学模拟. 在定压条件下模拟得到的Ni的熔点在1850 K与1900 K之间. 计算得到了体系在各温度下的径向分布函数和配位数分布等静态结构信息以及动力学性质. 计算得出的液体Ni的扩散系数在1900 K时约为5.02×10−9 m2•s−1, 与实验数据相符. 对液态体系中FCC短程有序结构可能发生的畸变以及由此导致的H-A键型变化进行了分析, 结合配位体构型搜索和键对分析方法计算了各温度下不同短程有序结构的分布. 计算表明, Ni在熔化之后仍保留有部分晶态短程结构, 但发生了较大的畸变, 同时液态中有少量的缺陷二十面体结构存在. 而液体Ni中大多数的配位体的几何构型介于FCC与缺陷二十面体之间.     

2'-羟基-2,4-二溴二苯醚与人血清白蛋白作用机制的光谱研究与计算模拟

采用分子对接、分子动力学模拟和光谱法研究了2'-羟基-2,4-二溴二苯醚(2'-OH-BDE-7)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用.同步荧光光谱研究表明,2'-OH-BDE-7诱导HSA的构象产生变化,并与分子动力学模拟的结果相吻合.荧光光谱表明,2'-OH-BDE-7能引起HSA荧光猝灭,且其作用机制为静态猝灭和非辐射能量转移.热力学分析得出ΔG0,ΔH0和ΔS0,表明氢键和范德华力在HSA-2'-OH-BDE-7的体系中起着重要作用.竞争实验和分子对接结果表明2'-OH-BDE-7主要结合在HSA的位点Ⅰ.将计算模拟和光谱实验研究相结合,为研究小分子和蛋白质相互作用机制提供更多的信息.     

(BN)12氢化物的结构和稳定性研究

采用密度泛函理论对(BN)12氢化物的结构和氢气分子的平均结合能进行了计算,并对它的结构、能量和热力学数据进行了分析,发现在(BN)12团簇结合一个氢气分子时,1,2加成产物比1,3加成产物更稳定;在B12N12H12中,氢气分子的平均结合能达到最大值;B12N12H24在温度高于320 K时是热力学上不稳定的,会发生分解放出氢气.     

碳纳米纤维与环氧树脂单体相互作用的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法,以双酚A型环氧树脂(DGEBA)和异佛尔酮二胺(IPD)分子为研究对象,对环氧树脂单体体系与碳纳米纤维表面之间的相互作用进行了分析.研究结果表明,环氧树脂单体分子受到碳纳米纤维的吸引作用,能够在碳纳米纤维表面形成了浓度较高的界面相,且在界面相内IPD分子浓度高于其体相浓度,而DGEBA分子浓度低于其体相浓度;界面相内,DGEBA的分子结构更加伸展,而IPD分子结构未发生明显变化;碳纳米纤维表面能够抑制界面相内单体分子的运动,其中在垂直于表面方向上的抑制作用最强.通过分析单体分子的结合能密度可知,碳纳米纤维与IPD分子的结合强度大于其与DGEBA分子的结合强度,这与前面的结果相吻合.     

HTPB与Al不同晶面结合能和力学性能的分子动力学模拟

采用分子力学(MM)和分子动力学(MD)方法, 在250、300、350、400、450 K, 对固体推进剂端羟基聚丁二烯(HTPB)和铝晶胞不同晶面结构所组成的层模型在COMPASS力场下, 进行模拟计算, 求得结合能和静态力学性能(弹性系数、模量和泊松比). 模拟结果表明, 在400 K时HTPB与Al(011)面的结合能最大, 从综合力学性能优劣上看, 各个面从优到劣的排序为(011)>(221)>(001), HTPB与Al的结合能与力学性能具有对应关系, 结合能大的力学性能优异, 结合能小的力学性能较差.     

温度对Al2O3吸附诺氟沙星的影响及其分子动力学模拟

采用批量吸附实验及分子动力学(MD)模拟,分别从实验和理论角度研究了温度对氧化铝(Al2O3)吸附诺氟沙星(NOR)性能的影响。结果表明,NOR分子与Al2O3晶体表面存在相互作用,使得Al2O3可有效吸附NOR;对于不同的Al2O3初始投加浓度,在所设定的三个实验温度(293K,298K,303K)中,298K下NOR的吸附去除效率r298K最高,不同温度条件下的吸附去除效率依次为:r298Kr293Kr303K;MD模拟发现NOR分子与Al2O3的(012)晶面间的结合能(Eb)及NOR分子形变能(ΔEdeform)均有以下顺序:NOR-Al2O3(298K)NOR-Al2O3(293K)NOR-Al2O3(303K),该规律与吸附实验结果一致。通过对MD模拟的对关联函数分析,理论上揭示了Al2O3对NOR的吸附主要为非键相互作用。通过对该体系293~303K间各温度的MD模拟,得出Al2O3吸附NOR的理论最佳温度为298K。研究结果为明晰土壤中抗生素在Al2O3界面的微观吸附过程提供了理论依据。     

鸟嘌呤四链体中K+移动路径的预测

结合鸟嘌呤四链体(G4)的结构特点,取G4中的一个K+与一片g-tetrad(g-tetrad-K+)为研究对象,和一个K+与两片g-tetrad(1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+)为研究对象.为g-tetrad-K+,1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+三体系中的K+设计了几种移动路径,来探讨G4中K+与g-tetrad的作用.首先分别应用从头计算MP2/6-31G(d,p)和ABEEMσπ/MM(σπ水平的原子键电负性均衡原理融入到分子力学)方法,对g-tetrad-K+中K+移动过程中体系的结构和能量变化进行了详细研究.结果表明ABEEMσπ/MM方法能够准确地描述g-tetrad-K+体系的结构、结合能等性质.为了更接近实际体系,进而用ABEEMσπ/MM方法预测了更大的体系:一个K+和两片g-tetrad.由于体系较大,MP2方法无法计算其结合能.ABEEMσπ/MM方法对g-tetrad-K+,1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+体系中K+移动而产生的结合能变化表明:如果吸收足够的能量,G4中K+最容易沿α方向移出.     

气/液界面上β-环糊精与十六烷基三甲基溴化铵包结物形成的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟的方法从分子水平上研究了气/液界面上β-环糊精(β-CD)与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)包结物的形成. 对β-CD与CTAB摩尔比分别为1∶1和2∶1的两个体系进行了模拟研究, 体系的能量、径向分布函数和均方根位移变化的结果表明, β-CD与CTAB分子可以在气/液界面上形成包结物, 相对而言, 更易形成1∶1型包结物.     

毒素DON单链抗体的同源建模及与DON结合的分子模拟研究

通过同源模建及分子力学构建并优化了呕吐毒素DON单链抗体的三维结构, 结合Procheck和verify_3D方法评估得到合理的抗体模型. 利用分子对接方法研究了单链抗体与其抗原DON的识别及相互作用. 结果表明, 毒素结合到抗体轻链上, 通过轻重链的交界区残基与重链结合, 与残基Pro107之间存在氢键作用. 采用分子动力学模拟和MM/GBSA方法计算了毒素DON与抗体之间的结合自由能, 计算结果与实验值相吻合, 体系疏水相互作用是维持复合物稳定结构的主要驱动力. 动力学模拟氢键分析和能量分解结果共同表明, 残基Pro107参与稳定氢键的形成并贡献很强的范德华作用, 是毒素结合抗体最关键的残基. 本研究为该毒素抗体的结构设计提供了重要的线索和理论依据, 对毒素类分子新型抗体的研究和开发具有理论指导价值.     

电沉积技术制作高聚物微流控芯片模具

利用电沉积技术制作微流控芯片金属模具,方法是:使用新型超厚光刻胶SU8胶作近紫外光刻,并在光刻后的图案上电沉积金属Ni,之后去胶,最终获得金属模具.该法减小了电沉积工作量.采用反向电流预处理基底、并适当增加电铸液的添加剂以及脱模后真空退火,即可明显提高电沉积微结构与基底的结合力.用此金属模具成功热压了PMMA,制成了微流控芯片.     

基底界面效应对聚苯乙烯薄膜分子运动行为的影响

本文研究了Si／Si02、Si／Si—H基底与聚苯乙烯（Ps）之间的界面相互作用对Ps薄膜的玻璃化转变及相关力学性能的影响．结果显示,无论何种基底,Ps薄膜的玻璃化转变温度（L）都随其厚度降低而降低．但相同厚度（〈110nm）下,以Si／Si-H为基底时Ps薄膜的瓦比以Si／Si02为基底的PS薄膜高．Si／Si02表面Ps薄膜疋开始下降的临界厚度为110nm,远高于以Si／Si—H为基底时的40nm．对Ps薄膜的膨胀系数和弹性模量进行研究,也得到相似的临界厚度．另外,与Si／Si02基底相比,在Si／Si-H上的Ps薄膜具有更低的膨胀系数以及较高弹性模量．可能原因是Si／Si-H与Ps具有较强的相互作用,限制了该界面分子的运动能力,导致基底／PS界面效应对薄膜分子运动的影响力增强,造成该薄膜瓦的厚度依赖性下降,并呈现出相对较硬的力学特征．     

Mechanism of adhesion between polymer fibers at nanoscale contacts

Adhesive force exists between polymer nano/microfibers. An elaborate experiment was performed to investigate the adhesion between polymer nano/microfibers using a nanoforce tensile tester. Electrospun polycaprolactone (PCL) fibers with diameters ranging from 0.4-2.2 μm were studied. The response of surface property of electrospun fiber to the environmental conditions was tracked by FTIR and atomic force microscopy (AFM) measurements. The effect of temperature on molecular orientation was examined by wide angle X-ray diffraction (WAXD). The adhesive force was found to increase with temperature and pull-off speed but insensitive to the change of relative humidity, and the abrupt increase of adhesion energy with temperature accompanied by a reduced molecular orientation in the amorphous part of fiber was observed. Results show that adhesion is mainly driven by van der Waals interactions between interdiffusion chain segments across the interface.     

Estimation of the Hamaker constants by sedimentation field-flow fractionation

van der Waals forces are one of several forces that control the adhesion between two materials. These forces are important to quantify in adhesion studies because they are always present and are always attractive. The major problem in calculating the van der Waals interaction between colloidal particles is that of evaluating the Hamaker constant. Hence, an accurately determined Hamaker constant for a given material is needed when interfacial phenomena such as adhesion are discussed in terms of the total potential energy between a particle and a substrate. In this paper, a new simple and accurate methodology for the estimation of the Hamaker constant is introduced. The results are in good agreement with those values found in literature.     

Interaction specific binding hotspots in Endonuclease colicin-immunity protein complex from MD simulations

The binding of Endonuclease colicin 9 (E9) by Immunity protein 9 (Im9) was found to involve some hotspots from helix III of Im9 on protein-protein interface that contribute the dominant binding energy to the complex.In the current work,MD simulations of the WT and three hotspot mutants (D51A,Y54A and Y55A of Im9) of the E9-Im9 complexes were carried out to investigate specific interaction mechanisms of these three hotspot residues.The changes of binding energy between the WT and mutants of the complex were computed by the MM/PBSA method using a polarized force field and were in excellent agreement with experiment values,verifying that these three residues were indeed hotspots of the binding complex.Energy decomposition analysis revealed that binding by D51 to E9 was dominated by electrostatic interaction due to the presence of the carboxyl group of Asp51 which hydrogen bonds to K89.For binding by hotspots Y54 and Y55,van der Waals interaction from the aromatic side chain of tyrosine provided the dominant interaction.For comparison,calculation by using the standard (nonpolarizable) AMBER99SB force field produced binding energy changes from these mutations in opposite direction to the experimental observation.Dynamic hydrogen bond analysis showed that conformations sampled from MD simulation in the standard AMBER force field were distorted from the native state and they disrupted the inter-protein hydrogen bond network of the protein-protein complex.The current work further demonstrated that electrostatic polarization plays a critical role in modulating protein-protein binding.     

乙酰胆碱酯酶AChE与1,7-二氮杂咔唑抑制剂的作用机理的分子动力学模拟

通过分子对接、分子动力学(MD)模拟以及成键自由能分析方法,从原子水平上模拟研究了3种1,7-二氮杂咔唑衍生物(分别记为M1、M2和M3)与ACh E的结合模式及相互作用机理,分析和讨论了研究体系的静电相互作用和范德华相互作用(vd W)。用MM-PBSA方法计算的3种抑制剂与ACh E之间的结合自由能与抑制剂的实验生物活性数据(IC50值)相对应。分析结果表明,残基S286与抑制剂之间形成的氢键作用有利于抑制剂与ACh E之间的结合。范德华相互作用,尤其是抑制剂与关键残基W279和Y334的作用,对抑制剂与ACh E之间的结合自由能有较大的贡献,在区分抑制剂M1(或M2)和M3的生物活性上发挥着重要的作用。     

乙酰胆碱酯酶AChE与1,7-二氮杂咔唑抑制剂的作用机理的分子动力学模拟

通过分子对接、分子动力学（MD）模拟以及成键自由能分析方法,从原子水平上模拟研究了3种1,7-二氮杂咔唑衍生物（分别记为M1、M2和M3）与AChE的结合模式及相互作用机理,分析和讨论了研究体系的静电相互作用和范德华相互作用（vdW）。用MM-PBSA方法计算的3种抑制剂与AChE之间的结合自由能与抑制剂的实验生物活性数据（IC₅₀值）相对应。分析结果表明,残基S286与抑制剂之间形成的氢键作用有利于抑制剂与AChE之间的结合。范德华相互作用,尤其是抑制剂与关键残基W279和Y334的作用,对抑制剂与AChE之间的结合自由能有较大的贡献,在区分抑制剂M1（或M2）和M3的生物活性上发挥着重要的作用。     

Ionic Liquids: Dissecting the Enthalpies of Vaporization

We calculate the heats of vaporisation for imidazolium‐based ionic liquids [C_nmim][NTf₂] with n=1, 2, 4, 6, 8 by means of molecular dynamics (MD) simulations and discuss their behavior with respect to temperature and the alkyl chain length. We use a force field developed recently. The different cohesive energies contributing to the overall heats of vaporisations are discussed in detail. With increasing alkyl chain length, the Coulomb contribution to the heat of vaporisation remains constant at around 80 kJ mol^?1, whereas the van der Waals interaction increases continuously. The calculated increase of about 4.7 kJ mol^?1 per CH₂‐group of the van der Waals contribution in the ionic liquid exactly coincides with the increase in the heats of vaporisation for n‐alcohols and n‐alkanes, respectively. The results support the importance of van der Waals interactions even in systems completely composed of ions.