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论文包括两大部分。1.采用EMD、SMD模拟以及ABF方法，研究了三种生物小分子（O2、CO2和NH3）在跨膜环八肽纳米水通道中的传输特性。研究表明，NH3分子进出管口遇到的阻力最小，在通道中传输时与周围水分子以及管壁形成氢键的能力最强。除了管口位置，O2和CO2分子在管中很难与管壁发生氢键作用。直接氢键作用的同时，三种气体分子可以与管壁形成间接氢键作用—水桥。PMF曲线展示了通道内-plane区域和midplane区域分别出现势垒和势阱的周期性变化特征，与SMD拉力变化趋势相吻合。O2和CO2分子被“囚禁”在管道中无法逃逸，NH3分子很容易逸出通道。O2分子在管中传输时翻转频率最大，CO2分子次之，NH3分子从通道一端运动到另一端时，偶极刚好发生一次完整的翻转。2.采用EMD模拟及ABF方法，考察了乙醇分子在三种管径分别约为6、8和10的跨膜环肽纳米管中的动力学行为和传输特性。研究表明，乙醇分子能够自发进入并填充环八和环十肽管，但无法进入环六肽管。环八肽管中，乙醇分子被“囚禁”在各个gap中，碳骨架与管轴垂直，形成高度有序的乙醇单链结构，羟基基团在碳骨架两侧摇摆以期与相邻乙醇分子或者管壁间形成氢键。环十肽管中，乙醇分子倾向于贴近管内壁形成中空柱状壳层结构，羟基基团则向壳层内伸展，以形成分子间氢键作用。CPNT管径变化对管内乙醇分子的gauche和trans构象分布没有明显的影响。乙醇分子在环八肽管中的扩散能力基本丧失，在环十肽管内的PMF曲线相对比较平缓，扩散系数是同管径的（8,8）CNT的4.5倍，展现出较为优越的传输乙醇的性能。