受限高分子單鏈動力學的格子蒙特卡羅模擬.pdf

1、高分子鏈的動力學問題是高分子物理學中的核心問題之一。近來由于受限空間中蛋白質和DNA研究的升溫,與之息息相關的受限高分子鏈也成為了當前研究的熱點。盡管受限鏈物理模型簡單,但是理論處理卻極為復雜,存在著大量的數(shù)學近似;在實驗上,納米空間尺度的受限結構難于制備,而且受限鏈的特征動力學時間發(fā)生于納秒時間尺度,也限制了大多數(shù)實驗測試工具的應用。計算機模擬能夠有效的反映受限空間中高分子鏈的動力學過程,已成為該領域的重要研究手段。
　　 本

2、文基于鍵長漲落格子模型的蒙特卡羅模擬,系統(tǒng)地研究了自由鏈、半維數(shù)限制的接枝鏈、一維受限的狹縫鏈、二維受限的管道鏈及三維受限的立方微腔鏈的特征動力學行為。其主要創(chuàng)新性工作可以分為以下幾個部分:
　　 (一)系統(tǒng)地研究了自由鏈和接枝鏈的末端環(huán)化和鏈內環(huán)化的平均初次接觸時間的標度行為。運用已知動力學理論,我們對自由鏈的末端環(huán)化和鏈內環(huán)化行為進行了解釋。而對于接枝鏈,我們發(fā)現(xiàn)由于硬墻的存在,末端環(huán)化的特征時間標度行為發(fā)生了改變,而且由于

3、鏈兩端的對稱性遭到了破壞,接枝端基和自由端基參與的鏈內環(huán)化過程出現(xiàn)了截然不同的標度行為。
　　 (二)系統(tǒng)比較了一維、二維、三維受限空間中高分子鏈的三種動力學特征時間的標度關系。探討了狹縫、管道以及立方微腔中受限高分子鏈的三個典型動力學過程的特征時間:環(huán)化時間、旋轉松弛時間和擴散時間,得到了強受限條件下一系列的標度行為,特別地,在管道強受限下,我們發(fā)現(xiàn)了環(huán)化時間和旋轉松弛時間的指數(shù)標度行為。通過比較不同受限維數(shù)下的環(huán)化時間,我們

4、發(fā)現(xiàn)三種受限情形都導致了更快的環(huán)化行為,該現(xiàn)象同以前球形微腔中更快的鏈內環(huán)化、分子伴侶籠和球形微腔中蛋白質折疊更快的現(xiàn)象一致;而且,隨著受限維數(shù)的增加,環(huán)化時間減小,反映了更快的鏈內環(huán)化,從側面應證了受限導致更快的動力學這一結論。
　　 (三)考察了高分子鏈在圖案化表面的吸附行為。模擬了一維周期性勢能表面上自避行走鏈吸附的熱力學行為,著重研究了鏈從三維空間向周期性勢能平面吸附和鏈從橫跨多個吸附條帶到局域化在單個吸附條帶上這兩個過

5、程。前一個過程對應著比熱峰和鏈尺寸等熱力學參量的突變,然而并非一級相變過程;而后者是個非常平緩的過程,所考察的幾個參量表明該過程不存在相變行為。
　　 在博士論文的最后階段,本人主動要求從事實驗工作以得到更全面的訓練,并得到了導師的支持,從事了一種旨在作為蛋白質藥物緩釋載體的水凝膠微粒的研究。在實驗方面的主要貢獻為:(1)改進了微凝膠的制備技術?？勺⑸湫允顷P系到緩釋體系是否為醫(yī)生和病人接受的重要性質,通過改進傳統(tǒng)的微球制備方法和

6、后處理工藝,我們得到了粒徑符合注射性的微球。此外,針對微球再分散問題,我們合成了具有不同長度的嵌段丙交酯的大單體,對其所制備得到的微球再分散性能進行了考察,找到了適合制備可注射微凝膠的大單體。(2)改進了藥物包裹和體外釋放的操作。我們探索了長期困擾課題組的蛋白質后包裹失活問題,考察了各種潛在因素,最終找到了失活根源。這些工作為今后該化學凝膠微球緩釋體系在蛋白質藥物載體方面更多的體外實驗打下了基礎,使得組內開發(fā)的溫敏型化學凝膠朝向應用接近