电场下多肽在纳米管中输运的分子动力学模拟研究

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碳纳米管的分子动力学研究是目前研究的热点,尤其是在碳纳米管作为运输通道的作用,对此输运作用在微观尺度下的分子动力学研究,对碳纳米管作在医疗领域下的药物输运的应用具有很重要的研究意义。本文运用分子动力学模拟的方法,模拟了多肽(R8)在外部电场的作用下,通过碳纳米管过程中的结构以及动力学行为。我们分别考察了多种因素对这一输运过程的影响,其中有:通过调节碳纳米管的有无,来观察碳纳米管的存在是否有利于多肽的运输;通过是否加入外加电场,来观察外部电场的存在是否有利于多肽的运输;通过调节外加电场的强度,考察不同强度的场强对多肽通过碳纳米管运动的影响;通过改变碳纳米管的种类,考察并对比单壁与双壁碳纳米管输运多肽的过程。通过分析模拟结果中的Lennard-Jones势能、PMF自由能以及RMSD均方根方差等物理量,来详细地分析整个运动过程,并定性地描述这些因素对此输运作用的影响。模拟结果表明,碳纳米管在一定条件下的确能够加速多肽的运动;多肽在未加外部电场的情况下,不能自发进入碳纳米管;外部电场能够显著地提高多肽通过碳纳米管的效率,而且随着电场强度的增加,输运效率提高;单壁碳纳米管相比双壁碳纳米管,更适宜进行对多肽的输运作用,效率更高。模拟结果也使我们在微观尺度上更加清楚地了解了多肽的整个运动过程,在多肽运动通过碳纳米管的整个过程中,Lennard-Jones势能即多肽与碳纳米管间的分子间作用力,在管外势能高于管内,说明了碳纳米管对多肽始终保持着吸引作用;纳米粒子的PMF自由能在碳纳米管管口处会有一个峰值,说明了存在一个势垒,阻碍了多肽进出碳纳米管的运动;多肽的RMSD值的变化,说明了在进出管口的过程中,多肽存在构型的变化。本文对电场下碳纳米管输运多肽过程进行模拟,阐述了不同参数对输运效率的影响,并定性分析整个输运过程,在微观层面上描述其运动现象,以期得到电场在多肽输运过程中所起到的作用以及相应的输运机制。
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