分子动力学模拟研究多肽Trp-cage的折叠机制

蛋白质折叠是当前生物和化学领域研究的热点问题,是未来几十年物理、化学以及生物领域亟待解决的难题之一。简述了蛋白质折叠所面临的问题,以及传统分子力场缺陷及其改进方法,并以Trp-cage蛋白质为例介绍了国内外最近的研究进展。     

离子水化的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法在 2 98 1 5K及无限稀释条件下对Li+、Na+、K+、F- 、Cl- 5种单个离子的水化现象进行研究 模拟得到了离子溶液体系一幅清晰的微观物理图像 ,阳离子周围的水分子以氧来靠近阳离子 ,而阴离子周围的水分子则以其中某一个氢来逼近阴离子 提出了一个“水化因子”的新概念来定量地表征离子水化的强弱 ,阳离子水化的强弱顺序为Li+>Na+>K+ 阴离子水化强弱顺序为F- >Cl- 对于水化作用较强的Li+,其虽有第二配位圈 ,但并无水化 离子的Pauling半径大小是决定离子水化强弱的关键因素 ,这些信息将为建立相应的分子热力学模型提供基础     

表面活性剂自组装的分子动力学模拟进展

该文关注于分子动力学模拟技术在表面活性剂自组装方面的研究进展,通过对近年来的文献归纳总结,揭示了表面活性剂聚集体常见结构的自组装过程,总结了宏观形貌预测、微观结构刻画、胶束结构转变研究进展,描述了胶束力学和流变等性能;在此基础上明确了分子动力学模拟技术在研究表面活性剂聚集体中存在的问题,如特殊形貌聚集体的形成和转变机理有待深入研究、聚集体形貌转变中弱相互作用的阐释不足、胶体性能研究有待进一步发展;指出了今后发展的方向,包括发展精准分子力场、组装体形貌转变机理、多尺度模拟技术、模拟和实验结合等。     

气体在水中的分子动力学模拟

采用分子动力学（ＭＤ）模拟的方法在常温及工业应用背景条件下对ＣＨ４、ＮＨ３、ＣＯ２、Ｏ２这些气体在水中的结构及扩散情形进行了研究。ＭＤ模拟可以为这些涉及到气体在水中的工业应用情形的机理提供分子水平的解释,同时ＭＤ模拟还可为一些不易实验测定扩散性质的体系提供工程初步设计和过程开发所需的数据。     

NPT系综分子动力学模拟水的密度和扩散系数

采用常温常压(NPT)系综分子动力学方法模拟了298.15K、0.1013MPa条件下水的密度和自扩散系数,模拟结果与实验值一致,相对误差分别为1.74%和3.83%。     

分子动力学模拟基本原理及研究进展

阐述了分子动力学模拟的基本原理,介绍了分子动力学的牛顿运动方程、相关有限差分算法、边界条件的选取以及热力学性质的计算.最后还指出了分子动力学模拟方法进一步研究方向.     

超临界水中气体扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学（MD）方法计算T＝703.2-763.2K,p=30-45MPa范围内,氧气和氮气在超临界水中的无限稀释扩散系数。计算结果表明,在超临界条件下的扩散系数较常温常压下要大1－2个数量级。扩散系数随温度的升高而增大,随压力的增高而降低,且氧的扩散系数稍大于氮的扩散系数。     

分子动力学模拟二硫键对胰岛素构象稳定性的影响

采用分子动力学模拟考察了二硫键对天然态和还原态胰岛素构象稳定性的影响。结果表明:天然态胰岛素中的二硫键限制了其A链和B链的相对运动,有助于稳定胰岛素的主链构象以及胰岛素活性位点的构象。对于还原态胰岛素而言,失去二硫键使其A链和B链解离,B链的中心螺旋趋于失稳,而导致活性位点构象变化。上述分子模拟结果与文献报道的实验结果相符,从分子水平上揭示了二硫键对于胰岛素构象稳定性的影响机制,对胰岛素药物的制剂、储存和应用等具有指导意义。     

MgCl_2水溶液分子动力学模拟

采用分子动力学的方法 ,对无限稀释 Mg Cl2 水溶液进行了模拟。计算了包括 3个超临界点在内的 7个状态下无限稀释 Mg Cl2 水溶液中 Mg2 + - O,Mg2 + - H ,Cl- - O与 Cl- - H的径向分布函数 ,Mg2 + -水 (质心 )和 Cl- -水 (质心 )的配位数。采用均方位移与速度自相关函数两种方法计算了 Mg2 + 、Cl- 的扩散系数。计算结果表明 ,Mg2 + 有较强的第二层水化。超临界状态下 ,Mg2 + 与 Cl- 间有着较强的缔合作用。模拟得到的扩散系数与仅有的常温下实验数据相一致     

分子动力学模拟研究流体微观结构和扩散性质

通过分子动力学模拟得到了纯水、超临界水以及电解质溶液的微观结构 ,从而对固液相变、离子水化、离子配位数等做出了微观解释与证明。通过分子动力学模拟了有机物在超临界二氧化碳中的扩散系数 ,在几十个研究体系中取得了与实验值较吻合的结果 ,并以此为基础 ,提出了一个普遍化的扩散系数预测方程。通过这些工作 ,既从微观上阐述了现象的本质 ,又在宏观上得到了可方便的应用于工程设计的结果 ,表明了分子模拟作为一种先进的科学研究手段将得到越来越广泛的应用     

表面吸附对JO-9159炸药力学性能影响的分子动力学模拟

为研究表面吸附对JO-9159炸药力学性能的影响,通过Materials Studio软件构建了JO-9159炸药无定形六组分模型,在COMPASS力场和NPT系综下,对其(0 0 1)、(0 1 0)和(1 0 0)3种晶面的表面吸附进行了周期性分子动力学模拟;基于模型的平衡轨迹对JO-9159炸药的力学性能进行了研究。结果表明,在295K下,吸附后其各向同性增长,刚性、硬度和断裂强度减小,柔韧性增强,压缩强度降低;随着JO-9159炸药表面吸附气体分子数量的增加,体系的各向异性减小,各向同性增长,刚性、硬度和断裂强度减小,柔韧性增强,压缩强度降低;在195~395K内,随着温度的升高,表面吸附后JO-9159炸药的各向异性特征降低,各向同性特征增强,刚性、硬度和断裂强度减小,柔韧性增强,压缩强度降低。     

电场作用下甲醇结构和扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了外电场作用对甲醇的微观结构和动力学性质的影响.模拟得到了外电场作用下甲醇分子微观构型的物理图像,发现外电场的作用使甲醇分子的偶极向量沿电场作用方向有序排列.随着电场强度的增加,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数和氢键平均数目增加,O—H…O呈线形分布的概率增加,氢键的平均寿命延长,外电场增强了甲醇分子间的氢键作用.随着电场强度的增加,分子的平动自扩散系数降低.外电场作用的附加力阻碍了分子平动运动,分子的平动运动表现为各向异性.     

分子动力学模拟高压静电场对碳酸钙结晶的影响

用分子动力学模拟的方法,研究了不同高压静电场对碳酸钙水溶液中水分子、Ca2+和CO32-的扩散系数及不同离子间径向分布函数的影响。结果表明,高压电场能显著增大水分子、Ca2+和CO32-的扩散系数,使三者增长最大的场强分别为1400、1100和1600 V/m。在高压静电场的影响下,晶面上的Ca2+与水分子中的氧原子间有离子键形成。高压电场使溶液中的Ca2+和CO32-间的距离有所增加,能减少两者生成碳酸钙微晶的几率。     

氨基酸扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法模拟了298. 15 K正则系综下甘氨酸、丙氨酸等12种氨基酸在水中的扩散过程，扩散系数的计算采用微分-区限变分法。计算结果表明：相同浓度下按不同分子数样本计算得到的扩散系数有较大差别，且分子数越多则模拟结果越接近于实验值。5种氨基酸在水中的扩散系数与文献值相对比，误差小于7%。还用同样的方法模拟了氧气在水中的扩散过程，模拟结果与实验结果吻合也较好。实验表明采用分子模拟手段可以获得具有工业应用价值的扩散系数，从而有助于计算传质学的发展。     

醇类有机物热传导的分子动力学模拟及微观机理研究

传热是化工生产的基本问题之一,热导率是化工产品生产工艺设计中一类重要的热力学数据。通过非平衡分子动力学方法模拟了8种液态醇类有机物在不同温度下的导热过程。热导率计算值与实验值的平均相对偏差为3.77%。通过对热流的分解发现,分子动能、分子间库仑相互作用和分子内的二面角对醇类有机物的热传导影响较大。同时随着分子链增长,通过分子内相互作用进行的热传导逐渐占主导作用,表明醇类有机物的热能传输机理与分子结构有显著关系。此外,随着温度的升高,通过分子的动能、分子间库仑作用和分子内键角、键伸缩作用项传输的热流增大,表明温度对液态醇类有机物的热传导也有一定影响。本工作从微观分子间和分子内作用分析了液态醇类有机物结构和温度对热导率的影响,为液态有机物的热传导研究提供了微观依据。     

沥青胶结料自愈合行为分子动力学模拟研究进展

沥青作为高分子聚合物,其成分、结构复杂,普通宏观实验无法研究其自愈合时内部结构的变化。为研究探寻沥青胶结料自愈合的特点,本文从高分子聚合物的角度出发,分析总结沥青胶结料自愈合微观机理;研究沥青分子模型构建的2类方法,指出沥青分子模型组合法与沥青平均分子模拟的区别;提出沥青分子结构模型合理性验证的4类方法,即沥青分子密度、径向分布函数（RDF）、溶解度参数与内聚能计算、玻璃态转化温度;提出以沥青分子的均方位移（MSD）和扩散系数等参量作为评定指标判定沥青胶结料的自愈合程度;将沥青分子自愈合性能的影响因素归纳为愈合温度、沥青内部结构特征,并归纳总结了目前沥青分子自愈合行为分子动力学模拟面临的问题与发展方向。     

用分子动力学模拟研究碳纳米管对顺丁橡胶摩擦性能的影响

采用分子动力学模拟方法研究碳纳米管（CNTs）对顺丁橡胶（BR）摩擦性能的影响。模拟结果表明,与纯BR相比,CNTs/BR复合材料的橡胶分子间作用力和橡胶分子运动空间更小,橡胶分子更加稳定,玻璃化温度和刚性更高,摩擦界面温度和摩擦界面橡胶分子运动速度更低,摩擦因数较小,耐磨性能提高。     

橡胶拉伸行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,在相同的全原子模型、聚合度及温度和压力条件下,对天然橡胶(NR)、杜仲橡胶[反式-1,4-异戊二烯橡胶(TPI)]和顺丁橡胶(BR)分子模型的拉伸行为进行模拟,研究拉伸过程中分子模型的应力-应变、能量、均方位移和均方回转半径的变化。结果表明:NR分子模型与TPI分子模型的拉伸性能基本一致,BR分子模型的应力响应较前两者更大;橡胶的拉伸性能与其分子中原子的流动性关联性很大。     

液体水的分子动力学模拟

采用ＳＰＣ水模型在２５℃下对水进行了正则系综的分子动力学模拟,考察了液态水的平衡、结构和扩散性质。计算了水的原子对径向分布函数、配位数并同Ｘ射线衍射实验值作了对比,模拟结果与实验值吻合良好。氢键分析表明每个水分子的氢键配位数约为３．６６,氢键键角为１６５°。扩散性质的模拟与实验值的吻合也基本良好。模拟表明ＳＰＣ水模型是一个形式简单又能反映体系本质的位能,本文工作为今后更复杂水溶液体系的模拟打下了良好的基础。     

有机物在超临界CO2中无限稀释扩散系数的分子动力学模拟

根据物质的实验临界常数或与物质最基本分子结构相关的Joback或Lydersen临界常数估算法得到物质的临界常数,结合Lennard-Jones流体的对比状态方程,按照对应态原理得到了38种有机物分子的新的Lennard-Jones位能参数。由这些位能参数结合简单的组合规则,首次对一些高附加值的复杂实用有机物在313.15　K、16MPa的超临界CO