软物质具有对外界微弱刺激发生强响应的特性,其特性赋予了它广泛的应用价值。因此,软物质成为人们关注和研究的焦点。两亲性分子作为一种重要的软物质,可以在溶剂中自组装成有序结构,并得到广泛的应用。脂质分子是两亲性小分子,它是构成生物膜的重要组分,还可作为生物材料用于基因和药物载体。星形嵌段共聚物是两亲性大分子,在理化性质上与传统的线形共聚物有很大的区别,具有更丰富的自组装结构。随着计算机技术的不断发展,模拟方法已经成为理论和实验间的一座桥梁。本论文采用计算模拟的方法研究两亲性分子自组装的动力学过程、自组装结构的稳定性以及在非平衡条件下的输运行为,研究内容对认识和调控两亲性分子自组装机理和实际应用提供指导。本论文的主要研究内容包括:1、发展了一种不显示溶剂的粗粒化三粒子磷脂模型,该模型明确反映磷脂分子的双尾结构。模型分别采用变形的MIE作用势和Harmonic作用势描述分子间非成键和分子内成键的相互作用,粗粒化力场参数通过拟合DPPC双分子层的结构和力学性质获得。该粗粒化模型成功重现了磷脂分子从随机初始态到双分子层膜和从盘状结构到囊泡的形成过程。2、利用Martini力场研究了两组分小的磷脂微滴胶束化动力学。考察了组分和尺寸对磷脂微滴胶束化结构的影响,发现了球形和非球形(扁椭球或长椭球)囊泡、盘状胶束、单环或双环状胶束以及蠕虫状胶束。利用上述不显示溶剂的粗粒化三粒子磷脂模型,研究介观尺度下,球形、柱形和环形三种不同的初始态结构对自组装结构的影响。自组装过程中可以观察到亚稳态的长椭球和扁椭球状的单层囊泡、单层球形囊泡、多层囊泡和“救生圈”形囊泡。长椭球和扁椭球状的单层囊泡不是稳定结构,它们最终会形成单层球形囊泡。多层囊泡也不稳定,经过长时间的熟化,最终也会形成单层囊泡。结果表明此模型能有效地模拟介观尺度下复杂磷脂囊泡的形成及演化。3、采用我们发展的不显示溶剂的粗粒化三粒子磷脂模型,在软受限条件下,研究磷脂囊泡对高分子链的包裹行为。考察了高分子链的刚性、链数目、聚合度以及囊泡的尺寸对包裹行为的影响。结果表明,链刚性和数目对包裹行为的影响是一样的。刚性越大或链数目越多,囊泡越容易变形,高分子链越容易拉伸形成纤维束状结构。当高分子链的聚合度较低时,高分子链伸直诱导囊泡形成长柱形结构;而聚合度较高时,高分子链弯曲形成有序的线圈结构诱导囊泡形成扁平囊泡。4、发展了一种ABC星形三嵌段共聚物的粗粒化模型,通过聚合物的非溶剂化自由能,将模拟参数与真实体系性质对应。采用此模型研究了退火速率和亲水链段的长度对ABC星形三嵌段共聚物自组装结构的影响。退火速率越慢越容易形成稳定有序多隔段胶束结构。ABC星形三嵌段共聚物中的亲水链段太短或太长的情况下,都容易发生原位胶束化,不利于有序结构的形成。研究结果表明此模型可以用于研究ABC星形三嵌段共聚物的自组装。在利用自洽场理论研究ABC星形三嵌段共聚物的自组装时,观察到一种新颖的条带型的椭球囊泡。采用弹性膜理论模型结合强相分离理论,解释了这种囊泡结构的稳定性。5、研究近真实溶剂中无偏交变电场作用下完全带电的两性大分子在棘轮狭缝内的净移动。两性大分子的序列、棘轮基板的缝宽和电场的频率都会影响两性大分子的净移动。研究表明,大分子的净移动受熵棘轮效应、构象反转效应和溶剂耗散效应三种效应的共同影响。在不同的条件下,三种效应在大分子运动过程中占的比例决定了大分子净移动的方向。在低频电场下,两性大分子的质心速度与电场频率成线性关系。