柱状界面诱导下活性链行为的计算机模拟研究

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活性物质是当前备受关注的非平衡态系统之一,其中,活性链在自然界中广泛存在,如细胞内部的微丝、肌动蛋白丝以及细长的细菌等。平衡态下高分子链的界面行为已受到理论和模拟的广泛研究,而非平衡态下的界面链行为方兴未艾。本文运用布朗动力学模拟方法,探究活性链在圆柱界面上的构象及动力学,这对于更好地认识细胞内的生命活动以及新型材料的制备都有着十分重要的意义。以下为本文的主要内容:(1)探究了在极稀浓度下,活性链吸附于柱状界面上的结构与动力学。这项研究工作重点关注活性力、链刚度、链长和圆柱表面的曲率对活性链构象的影响,发现了三种典型的构象,即螺旋态、类螺旋态和直线(硬棒)态。在螺旋状态下,活性链呈现旋转运动;在中间状态下,活性链呈现蛇形运动的特性;在直线态下,活性链呈现不回头的直线平动运动。且在螺旋状态下,模拟发现转速ω与链长N之间存在幂律关系,ω~N-0.42,这个结果由一般阿基米德螺旋的转矩平衡理论能给出很好的预测。同时,模拟中还发现在螺旋态和直线态下,活性聚合物链在长时间尺度下呈超扩散行为。以上结果表明链刚性、活性力以及表面曲率可以影响活性链在柱状界面上的构象。(2)探究了柱状界面受限下半柔性链的群体行为。这项研究工作特别关注链的数目Np与活性力Fa的大小对活性链集体行为的影响。模拟结果发现了两种典型的构象:自由爬行态和完全聚集态。自由爬行态下,活性链呈现运动方向并不一致(有上有下)的游离状态,未形成一个完整的聚集体;完全聚集态下,活性链全部聚集在一起形成运动方向单一的致密圆筒状。特别的,在中等密度下,随着活性力增大到一定程度,体系出现从完全聚集态到自由爬行态的重入相行为。活性链沿着Z轴方向的超扩散行为在两种状态下均可观察到。研究结果表明,受限柱状空间内活性链的密度和活性力大小可以影响半柔性链的群体行为。
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