二肽自組裝及聚合物膜防原油粘附性的理論研究.pdf

1、多肽類雙親分子自組裝形成超分子水凝膠在生物醫(yī)藥和材料領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價值，近年來更是在能源利用方面展現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景，吸引了許多科研人員的興趣。實驗證明許多二肽分子可在水溶液中自組裝形成螺旋的納米結(jié)構(gòu)，但是，從分子水平上研究自組裝過程以及驅(qū)動力仍然值得深入討論。在促進科技發(fā)展的同時，我們也應(yīng)該對自然環(huán)境進行保護，原油泄漏事故對自然環(huán)境造成了非常嚴重的破壞，新型的聚合物材料可將水分子吸附到其表面形成水化層，防止疏水性物質(zhì)對處理含油

2、污水的儀器設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的影響，可應(yīng)用于凈化含油污水。
　　本論文主要結(jié)合實驗研究結(jié)果，利用分子動力學(xué)模擬對烷基取代的二肽鈉鹽在水溶液中自組裝的過程，對形成的聚集體結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析討論，期望對分子自組裝及其應(yīng)用有更好的了解和發(fā)展。論文最后研究了兩種不同聚合物膜的防污性能，對比結(jié)果顯示，PAAS聚合物膜具有較好的防污能力，可用于凈化含油污水。研究內(nèi)容主要分為以下三部分:
　　1.用分子動力學(xué)模擬的方法研究了烷基取代的丙氨酸二

3、肽鈉鹽在水溶液中自組裝形成水凝膠的過程，模擬采用GROMOS45a3聯(lián)合原子力場。初始構(gòu)型中，丙氨酸二肽分子被隨機分散在水溶液中，通過200ns的動力學(xué)模擬，最終得到一個親水基團朝向水相的穩(wěn)定的柱形納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)從分子水平上對最終結(jié)構(gòu)的分析，我們發(fā)現(xiàn)親水基團在聚集體表面的分布呈現(xiàn)出螺旋結(jié)構(gòu)，疏水的烷基鏈并非完全被包裹于聚集體的內(nèi)部，而是有一部分暴露于水相，從而形成疏水面。因此，我們認為聚集體之間正是通過疏水面之間的疏水作用相互纏繞，形成

4、更大尺寸的納米纖維。為了進一步解釋螺旋結(jié)構(gòu)的形成，我們研究了鈉離子和水分子在親水基團周圍的空間分布以及和二肽分子之間的相互作用，親水基團形成的親水層中，對于自組裝驅(qū)動力氫鍵和靜電相互作用分別提出了水橋和鹽橋結(jié)構(gòu)模型。最后，基于Yang課題組的實驗研究，通過對空間分布函數(shù)的分析提出了螺旋結(jié)構(gòu)模型。
　　2.在上一個研究體系的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了手性相反的兩種烷基取代的蘇氨酸二肽分子，利用分子動力學(xué)模擬和實驗相結(jié)合的方法研究了其鈉鹽在水

5、溶液中的自組裝行為。首先，通過對非共價相互作用能的分析發(fā)現(xiàn)，烷烴鏈之間的疏水相互作用是自組裝的主要驅(qū)動力，而親水基團之間因為較強的靜電排斥，不利于自組裝的進行和聚集體的穩(wěn)定。然而，自組裝形成的聚集體依然能夠長時間穩(wěn)定存在，這主要是因為水分子和鈉離子可滲入到親水層內(nèi)部，與二肽分子之間形成水橋和鹽橋結(jié)構(gòu)，有助于緩解靜電排斥，促進自組裝進行并穩(wěn)定聚集體的結(jié)構(gòu)。實驗研究發(fā)現(xiàn)，兩種分子在水溶液中自組裝得到的納米結(jié)構(gòu)螺旋方向相反，(L，L)分子形成

6、的是左手螺旋的納米纖維，而(D，D)分子形成的是右手螺旋的納米纖維。
　　3.世界上每年都會發(fā)生多起原油泄漏事故，不僅造成巨大的經(jīng)濟損失，更是對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了非常嚴重的危害。因為原油具有較高的粘度，會因為粘附作用而對處理油水混合物的設(shè)備產(chǎn)生影響。我們采用分子動力學(xué)模擬對兩種新的聚合物膜表面水分子的均力勢、擴散性能、水化層結(jié)構(gòu)及氫鍵數(shù)目等進行了分析討論，進而對其親水性能作對比研究?；谟退换烊苄?，聚合物膜親水性越強，其對水分子的束