纳流控通道内生物分子与离子迁移过程的分子模拟

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纳流控通道在单分子探测、分子过滤筛、DNA分离、微流控内连接等许多方面表现出巨大的潜在价值。当前,纳流控中生物分子与离子的迁移特性与操纵已经成为国际上的研究热点之一,是实现纳流控技术应用的基础。  分子动力学模拟可以从分子水平上研究生物分子与离子的迁移过程,获得实验无法得到的信息。本文利用GROMACS软件,针对纳流控中生物分子与离子的迁移特性进行了分子动力学模拟研究和分析。  首先,系统的研究了分子动力学方法和所用软件GROMACS,构建了3.1nm高度的平行板纳米通道内生物分子与离子迁移的分子动力学模拟模型;搭建了基于分子动力学的模拟方法;通过分子动力学模拟研究了平行板纳米通道内单价离子溶液中的离子、分子的分布和流动特性。  然后,研究分析了不同纳米通道尺寸、不同离子浓度条件下以及不同电场强度对于纳米尺度生物分子、离子的分布和流动特性的影响,分析讨论了以上几种因素影响下离子与水分子的分布、蛋白质分子的RMSD值和作用在整个模拟过程中的势能。  最后,模拟结果表明,水分子和离子密度在近壁区出现分层,分层现象随离子平均密度增大而加剧;壁面与溶液之间的作用力对流体的密度分布影响较大,蛋白质分子对离子的分布也有影响;纳米通道尺寸减小到和双电层接近时,带电离子和蛋白质分子的运动受到很大影响,运动速度增大;溶液浓度增大,导致水分子速度降低,但是蛋白质运动速度增大;溶液浓度减小时,纳米通道壁面对离子的作用力减弱;电场强度对蛋白质和离子的迁移有很大影响等。
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