分子动力学模拟研究穿透肽的跨膜机制及引导新肽设计

细胞穿透肽在体内缺乏细胞和组织专一性,使得这类载体的临床应用受到很多限制.成功设计各类疾病特异性靶向穿透肽的关键是充分认识这类多肽的跨膜分子机制.分子动力学模拟已逐渐成为开展该领域研究不可或缺的重要工具,与实验研究相互促进,对特异性靶向穿透肽的设计具有重要的指导作用.目前,利用分子动力学模拟主要开展的研究内容包括跨膜过程、跨膜自由能变化、多肽序列结构特征以及不同细胞膜组成如何影响其跨膜机制等.随着分子模型及增强采样方法的发展,单组模拟能够直接快速获取多肽跨膜自由能和构象变化.因此,分子动力学模拟对如何改造或设计细胞靶向穿透肽提供理论依据和指导,对改善药物跨膜能力、减少药物对其他健康组织的毒害等方面有着重要的科学和实际意义.     

偏压对金刚石膜成核过程的影响

金刚石膜与天然金刚石类似,具有许多优异的特性,可广泛用于机械、光学和电子等领域.目前已用各种CVD技术制备出了可供实际应用的金刚石膜.这些技术遇到的一个主要问题是怎样提高成核密度和质量.特别是在异质衬底材料(如Si)上如何控制核化密度和貌相,从而达到异质外延生长金刚石膜.为了实现这一目的人们采取了各种方法和措施,如在沉积膜前对Si衬底进行划痕或在金刚石粉末溶液中进行超声波处理;用化学腐蚀或沉积非晶碳过渡层等.最近研究发现,对衬底加负偏压可大大提高成核密度.在微波等离子体CVD法中对衬底加负偏压后,在不经任何处理的抛光Si片上金刚石成核密度达10~(10)cm~(-2).并且利用此方法已成功地在Si衬底上实现了异质外延或织构生长金刚石膜.然而至今对热灯丝CVD法沉积金刚石膜中加负偏压增强成核密度研究的还不多.本文对热灯丝CVD负偏压法增强成核问题进行了实验研究,并对其结果进行了讨论.热灯丝CVD法沉积金刚石膜装置同文献[3]中的一样,衬底材料是Si(100),首先对硅衬底分别在丙酮和乙醇中分别进行超声处理,然后在50%HF溶液中腐蚀2min,去除天然氧化硅,接着用去离子水冲洗数次,最后用甲醇超声处理烘干后放入反应室中抽真空以备实验.沉积条件为衬底温度850℃,灯丝温度2000～2400℃,甲烷浓度(CH     

金刚石膜的热导率特性研究

金刚石由于具有高硬度、高热导率、高红外透过率和优异的半导体特性,在高技术和未来的工业领域有广泛的应用前景.尤其是它的高热导率特性是最吸引人的一个研究领域,因为用金刚石制作的大功率半导体器件及微波器件的热沉将大大提高这些器件的性能.但是由于天然金刚石价格昂贵,潜在的市场并不广泛.而人工合成的金刚石膜由于成本低,并可制备成各种形状和尺寸的膜,作为散热材料的应用前景十分广阔.但是由于在制备金刚石膜的     

类金刚石膜及其淀积条件的研究

类金刚石薄膜是８０年代初出现的新型非金属薄膜材料之一,目前已受到了人们广泛的注视并引起了人们的极大兴趣。本文重点介绍双离子束溅射方法,对该方法在不同条件下制备的类金刚石薄膜进行了部分性能测试,通过对测试结果的比较及深入讨论,获得了用双离子束溅射方法制备性能优异类金刚石薄膜的最佳条件及有用结论。     

金刚石膜压阻效应的研究

用化学气相方法合成的金刚石薄膜也具有天然金刚石的各种优异特性.它作为一种宽带隙半导体材料可制备出高温、高速、大功率和抗辐射的电子器件.最近研究还发现,P型金刚石膜有十分显著的压阻效应.特别是随着温度的升高这种效应会增强.Aslam等人首次研究了P型多晶和同质外延金刚石膜的压阻效应.他们的研究结果表明,P型同质外延金刚石膜室温下500×10~(-6)应变时压阻因子(应变计灵敏度)至少是500,超过了单晶硅(120)和多晶硅     

分子动力学模拟亲水性纳米窄缝中的聚乙烯分子

采用分子动力学模拟了两亲水性壁面间的聚乙烯分子水溶液. 壁面间距(1.26~ 3.15 nm)与聚乙烯分子的特征尺寸相当, 随间距减小可以观察到聚乙烯分子构象从三维结构向二维结构的转变. 同非受限状态相比, 强受限情况下, 化学键取向呈规则变化, 亚甲基分层排布且沿垂直于壁面方向上的扩散运动显著降低. 从热力学角度看, 水分子运动空间增大对聚乙烯分子的构象熵减小做出补偿, 以使体系自由能降低.     

MPCVD金刚石膜的拉曼光谱学

研究了MPCVD生长的金刚石膜的拉曼光谱. 除给出它们的全部一级谱外, 还根据纳米结构特有的共振尺寸选择效应, 认为MPCVD金刚石膜中不含有纳米晶成分, 并认为1145 cm^−1峰不能作为生成纳米晶金刚石的判断标准, 虽然这个标准已被人们广泛地应用了许多年.     

激光修饰金刚石膜的表面抛光技术

化学气相沉积(CVD)金刚石为多晶材料,其表面多为杂乱分布晶粒的堆积,尤其是金刚石厚膜,其表面堆积的大晶粒显露出明显的棱角,表面相当粗糙.而金刚石膜在电子学等领域的应用要求其表面具有较好的光洁度,以便形成良好的接触表面.同时受到合成工艺条件的影响,使生长的膜在厚度的一致性方面很差,特别是用灯丝热解CVD(HFCVD)和电子增强CVD(EACVD)方法合成的金刚石膜,一般膜厚度的不均匀性在平均厚度的±20%范围内变化(表面积为1cm×1cm).这种表面粗糙厚度不一致的膜不能直接得到应用,否则由于接触和厚度的一致性差而造成的缺陷将完全掩盖金刚石膜在电子学等领域的应用优势,其效果可能比不用金刚石膜还差.因此对金刚石膜表面必须进行抛光以获得较好的光洁度,同时要解决厚度一致性差的问题.     

受磷蛋白的空间结构及其分子动力学模拟

受磷蛋白通过可逆的磷酸化来调控肌浆网钙泵活性, 它在生物体中的空间结构一直是一个受关注的焦点. 本文通过总结受磷蛋白空间结构的研究进展, 利用分子动力学方法对其空间结构进行了系统的模拟和研究. 我们将核磁共振所得到的风铃草结构单链的前22个残基取出, 并且分别保持原始结构; 而对第16位进行磷酸化, 第9位进行单点突变, 从而得到3个不同的肽段. 通过在水环境中进行10 ns的分子动力学模拟, 我们发现原始结构的第3~15个残基很好地保持了螺旋结构, 而第16位残基的磷酸化和第9位残基的突变会减少周围残基呈现螺旋状态的几率, 这与一些具体实验中的结论一致. 这一变化也可能是降低受磷蛋白对肌浆网钙泵活性抑制作用的原因.     

厚度对超薄类金刚石薄膜结构的影响

采用真空阴极磁过滤电弧法(FCVA)沉积了不同厚度的类金刚石(DLC)薄膜, 用波长为514.5 nm的可见光拉曼光谱(Vis-Raman)和宽光谱变角度椭偏仪分析了薄膜的结构. 实验结果表明, 厚度影响DLC薄膜的结构. 当DLC薄膜厚度从2 nm增大到30 nm时, Raman图谱中的G峰位置(G-pos)向高波数方向漂移, 通过高斯拟合得出的D峰和G峰的强度比I_D/I_G减小, 消光系数(Ks)逐渐减小, 薄膜中的sp³键含量随厚度的增大而增大. 当薄膜厚度从30 nm增大到50 nm时, I_D/I_G增大, Ks逐渐增大, 薄膜中的sp³键含量减小.     

回转筒颗粒表面流的分子动力学模拟和连续理论

在考虑颗粒非弹性接触、滑动摩擦和滚动摩擦基础上发展了分子动力学模拟的算法, 实现了中高速(Fr = 0.1~0.2)回转筒内颗粒流的离散模拟. 回转筒内颗粒流由表面活性层和下部柱塞流区组成, 颗粒在活性层的停留时间约为柱塞流区的1/3~1/2, 对称线上活性层和柱塞流区的厚度比为0.57~0.61, 因而推断颗粒流动处于Rolling-Cascading过渡模式. 对称线上MD模拟的速度分布与正电子放射性测量实验结果十分吻合. 在模拟和实验结果基础上发展了连续理论: 柱塞流区内颗粒运动并非完全随着筒壁刚体转动, 而是存在着塑性蠕变, 这种速度变化过程符合指数函数规律; 而活性层内颗粒流动则符合简单的Couette切变流动分布. 最后探讨了颗粒温度和颗粒相对浓度分布的内在机理.     

变截面微纳米通道内聚乙烯分子注射过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了变截面微纳米通道内聚乙烯分子的注射过程, 分析了微纳米通道截面结构及外加作用力对注射过程中聚乙烯分子流变和结构特性的影响. 研究结果表明:注射流动过程中, 通道壁面附近存在粒子吸附层, 且吸附层厚度随通道锥面倾角增大而增大;聚乙烯分子链的注射距离随锥面倾角增大而减小、随外加作用力增大而增大; 在锥面倾角为α=45°的通道中聚乙烯分子均匀填充整个通道, 且沿流动方向上出现单轴拉伸现象, 在较大作用力情况下, 该拉伸更为显著, 使得注射过程更容易完成.     

对甲酸蒸气具有质量传感特性的类金刚石薄膜

用含有胺基的正丁胺作为碳源,用射频辉光放电方法制备出碳膜。Ｒａｍａｎ谱分析表明,该种碳膜具有类金刚石结构。红外光谱分析表明薄膜中存在着ＳＰ＾２和ＳＰ＾３结构的碳氢键。     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

纳米尺度下不同曲率半径针尖接触滑动过程的分子动力学模拟

针对不同磨损情况的原子力显微镜探针,运用三维分子动力学模拟方法研究不同曲率半径探针接触压入及滑动过程中单晶铜基体表面材料的变形及摩擦磨损机制.研究结果发现,在探针接触压入单晶铜基体时,接触作用力、位错及位错发射等缺陷随着接触深度或接触半径的增大而增加,位错发射方向为[101]和[101].探针在单晶铜基体表面滑动过程中,探针曲率半径增大,因材料塑性变形形成的沟槽、法向力及摩擦力也随之增大,而摩擦系数随之减小.堆垛层错沿着滑动方向扩展并随探针曲率半径增大而增多.此外,摩擦磨损过程中产生的隆起堆积原子数量随着探针曲率半径或滑动距离增大而增多.     

液相中气相成核的二维分子动力学模拟

采用分子动力学方法对二维液相空间中的气相成核过程进行模拟, 结果表明: 当计算域太小时, 形核生成的非液相区表现为空穴或仅有少量的气相分子; 只有当计算域足够大时, 才能使形核继续下去, 形成由一定数量分子组成的气相团簇, 或称气泡, 周期性边界条件并不能扩大对形核过程的模拟能力. 较大规模的模拟表明液相中的气相成核过程实际经历了3个阶段: 空穴自身生长; 空穴合并增长并开始出现少量气相分子; 形成汽泡.     

分子动力学中平行六面体的邻位算法

在分子动力学模拟中, Verlet列表法、元胞链接列表法和其他一些改进的算法已经被用来提高计算效率. 然而, 这些方法大部分应用在立方体系. 本文扩展了原始算法的应用领域, 使其适用于NP系综, 并可以在外载荷作用下进行系统仿真. 此外, 对于Metric-tensor的压强算法提出相应的标度矩阵, 使得邻位算法可以应用在新的压强算法上. 同时, 还针对平行六面体盒子提出了一种联合算法. 该方法综合了改进的Verlet列表法和元胞列表法的优点, 可以快速确定平行六面体盒子中每个原子的邻位原子, 从而提高仿真速度. 最后, 利用Lennard-Jones势函数的分子动力学模拟实验验证了本算法的有效性和正确性.     

石墨烯中热波传递的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,通过向扶手椅型和锯齿型单层石墨烯施加持续时间为1 ps的局部热脉冲,研究了其瞬态导热规律和特性.模拟结果表明,热脉冲在石墨烯中激发出两道以不同速度传递的波,一道波具有宏观动量,传播速度等于声速,是系统受热膨胀形成的声波(第一声);另一道波无宏观动量,传播速度约为声速的1/3,是晶格无规则振动形成的热波(第二声).热脉冲激发的声波是纵波,能量传递只有纵向分量,而热脉冲激发的热波是由面内横向晶格振动形成,只有横向能量分量.热量传递表现出的各向异性说明,在热脉冲传递过程中系统处于非平衡状态.另外,统计得到热脉冲能量传递距离与时间的关系约为2 1.80????t,说明热脉冲能量在石墨烯中是以弹道-扩散的方式传递的,弹道输运越强,热波现象越显著.热波波峰区域的能量传递为弹道输运,而在高温扩散区和热波衰减部分的能量传递则为扩散输运.     

克劳修斯熵表达式适用于实际气体的分子动力学验证

克劳修斯熵是热力学的核心概念.然而,克劳修斯熵表达式的引入是基于理想气体假定的,因此有必要论证克劳修斯熵表达式在实际气体中的适用性.通过回顾,我们发现已有的证明方法都是需借助两种工质循环的间接论证.本文通过分子动力学模拟了氩工质和二氧化碳工质在不同高压下的加热过程和可逆热力学循环,直接验证了克劳修斯熵表达式在实际气体中的适用性.在验证过程中发现,正是由于实际气体热力学过程中存在分子动能和势能之间的转换,才导致其热力学参数间的关系不同于理想气体,但是由于这种转化发生在系统的内部,克劳修斯熵表达式是不变的.     

Stockmayer流体气液相图的计算机模拟

提出粒子交换分子动力学模拟方法(particle exchange molecular dynamics, PEMD), 可以用来得到各种流体气液平衡相图. PEMD中有两个相互耦合的模拟箱, 具有恒定总粒子数、总体积, 粒子在两个模拟箱的转移由两箱粒子化学势之差驱动. 最终两个模拟箱拥有相同压强、温度及粒子化学势, 从而实现热力学平衡. 进而利用PEMD研究了极性Stockmayer流体的气液相平衡. 讨论了极性变化对相图的影响, 预测了临界点. 与Gibbs Ensemble Monte Carlo结果相比较, 发现两者符合得很好.