基于量子力学的单分子弹性理论模型研究

发布时间：2021-01-31 00:33

　　为了选择更好的单分子弹性理论模型描述高分子聚合物分子链的弹性行为,首先使用单分子力谱技术分别测试左旋聚乳酸（PLLA）和聚蛋白质（I27₈）的单个分子链的纯弹性行为,然后使用新发展的QM-FJC、QM-FRC以及QM-WLC 3种模型拟合实验曲线。发现描述偏柔性的高分子链（如含酯键的PLLA链）的弹性行为应选用QM-FJC模型与QM-FRC模型,而描述偏刚性的高分子链（如含酰胺键的解折叠蛋白质链）的弹性行为应选用QM-WLC模型。 

【文章来源】：机械设计与制造工程. 2020,49(02)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

多个PLLA单分子链(不同长度)在非极性有机溶剂(壬烷)中被拉伸所获得的力曲线(不同的轮廓长度)

图1 多个PLLA单分子链(不同长度)在非极性有机溶剂(壬烷)中被拉伸所获得的力曲线(不同的轮廓长度)接着笔者以FJC、FRC以及WLC模型作为基础,利用量子力学的从头计算法,基于MP2/TZV理论,分别计算出这两种高分子单个重复单元的理论焓弹性,进而将两者结合发展成为新的基于量子力学计算的QM-FJC、QM-FRC以及QM-WLC模型。

经过拟合后,从图3可以发现,当lb=0.36 nm时,QM-FRC模型拟合曲线与实验曲线的力值平均偏差最小(ΔF1=11.957 22 pN),因此lb=0.36 nm是QM-FRC模型拟合PLLA分子链本征弹性曲线的最佳值。经过与实验曲线对比(如图4所示),发现两者可以在整个力值区间内很好地重合,而且0.36 nm正好是PLLA单个结构单元的长度[20],说明该参数与结构相关。当lk=0.72 nm时,QM-FJC模型拟合曲线与实验曲线的力值平均偏差最小(ΔF2=11.934 16 pN,如图5所示),因此lk=0.72 nm是QM-FJC模型拟合PLLA分子链本征弹性曲线的最佳值。通过将此值所对应的QM-FJC模型拟合曲线与实验曲线对比(如图6所示),可以看出两者可以很好地重合,而且lk=0.72 nm正好是lb=0.36 nm的2倍,这也表明该模型是个与结构参数相关的模型。图4 PLLA在壬烷中获得的力曲线(实线)与QM-FRC模型最佳拟合曲线(虚线)对比图

【参考文献】：
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博士论文
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[3]几种典型生物高分子与水相互作用的单分子研究[D]. 成博.西南交通大学 2015
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硕士论文
[1]聚（N-异丙基丙烯酰胺）在盐酸胍水溶液中的单分子力谱研究[D]. 段威力.西南交通大学 2018



本文编号：3009874