受限高分子單鏈動(dòng)力學(xué)的格子蒙特卡羅模擬.pdf

1、高分子鏈的動(dòng)力學(xué)問題是高分子物理學(xué)中的核心問題之一。近來由于受限空間中蛋白質(zhì)和DNA研究的升溫,與之息息相關(guān)的受限高分子鏈也成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。盡管受限鏈物理模型簡單,但是理論處理卻極為復(fù)雜,存在著大量的數(shù)學(xué)近似;在實(shí)驗(yàn)上,納米空間尺度的受限結(jié)構(gòu)難于制備,而且受限鏈的特征動(dòng)力學(xué)時(shí)間發(fā)生于納秒時(shí)間尺度,也限制了大多數(shù)實(shí)驗(yàn)測試工具的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)模擬能夠有效的反映受限空間中高分子鏈的動(dòng)力學(xué)過程,已成為該領(lǐng)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(dòng)力學(xué)行為。其主要?jiǎng)?chuàng)新性工作可以分為以下幾個(gè)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(nèi)環(huán)化的平均初次接觸時(shí)間的標(biāo)度行為。運(yùn)用已知?jiǎng)恿W(xué)理論,我們對自由鏈的末端環(huán)化和鏈內(nèi)環(huán)化行為進(jìn)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(shí)間標(biāo)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(nèi)環(huán)化過程出現(xiàn)了截然不同的標(biāo)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(dòng)力學(xué)特征時(shí)間的標(biāo)度關(guān)系。探討了狹縫、管道以及立方微腔中受限高分子鏈的三個(gè)典型動(dòng)力學(xué)過程的特征時(shí)間:環(huán)化時(shí)間、旋轉(zhuǎn)松弛時(shí)間和擴(kuò)散時(shí)間,得到了強(qiáng)受限條件下一系列的標(biāo)度行為,特別地,在管道強(qiáng)受限下,我們發(fā)現(xiàn)了環(huán)化時(shí)間和旋轉(zhuǎn)松弛時(shí)間的指數(shù)標(biāo)度行為。通過比較不同受限維數(shù)下的環(huán)化時(shí)間,我們

4、發(fā)現(xiàn)三種受限情形都導(dǎo)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(nèi)環(huán)化、分子伴侶籠和球形微腔中蛋白質(zhì)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(shí)間減小,反映了更快的鏈內(nèi)環(huán)化,從側(cè)面應(yīng)證了受限導(dǎo)致更快的動(dòng)力學(xué)這一結(jié)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(xué)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(gè)吸附條帶到局域化在單個(gè)吸附條帶上這兩個(gè)過

5、程。前一個(gè)過程對應(yīng)著比熱峰和鏈尺寸等熱力學(xué)參量的突變,然而并非一級(jí)相變過程;而后者是個(gè)非常平緩的過程,所考察的幾個(gè)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(dòng)要求從事實(shí)驗(yàn)工作以得到更全面的訓(xùn)練,并得到了導(dǎo)師的支持,從事了一種旨在作為蛋白質(zhì)藥物緩釋載體的水凝膠微粒的研究。在實(shí)驗(yàn)方面的主要貢獻(xiàn)為:(1)改進(jìn)了微凝膠的制備技術(shù)?？勺⑸湫允顷P(guān)系到緩釋體系是否為醫(yī)生和病人接受的重要性質(zhì),通過改進(jìn)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(jìn)行了考察,找到了適合制備可注射微凝膠的大單體。(2)改進(jìn)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(zhì)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(xué)凝膠微球緩釋體系在蛋白質(zhì)藥物載體方面更多的體外實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ),使得組內(nèi)開發(fā)的溫敏型化學(xué)凝膠朝向應(yīng)用接近