高分子链的性质对其小孔移位影响的研究

发布时间：2020-04-11 21:52

【摘要】：高分子链穿过纳米孔移位的过程不仅常见于许多生命过程,如蛋白质在细胞内的跨膜传输,RNA通过细胞核孔的转移,从病毒向靶细胞注射DNA等;也在生物,医药,化工等方面有着广阔的应用前景,比如基于纳米孔的DNA测序技术越来越方便低廉,生物体内可控的药物输运,胶体电泳,以及基因治疗等。本论文主要利用朗之万动力学模拟和福克-普朗克公式计算两种方法研究了高分子链的性质对其穿过纳米孔的移位动力学的影响。论文研究的主要成果如下:(1)利用双吸收边界条件下的福克-普朗克公式计算了部分带电高分子链通过中性纳米孔的移位时间。对于仅一个链节带电的高分子链,我们发现链的移位时间取决于带电链节的位置和孔内驱动力的大小。当电荷位于穿孔高分子链的前半部分时,其移位时间大于中性高分子链的移位时间,且移位时间随着驱动力的增大而增大;当电荷位于穿孔高分子链的后半部分时,其移位时间小于中性高分子链的移位时间,且移位时间随着驱动力的增大而减小。我们还研究了电荷位置对称分布的带两个同种及异种电荷的高分子链,以及带有两个位置随机分布的电荷的高分子链的移位行为。研究结果都表明,部分带电高分子链的移位时间与电荷位置和驱动力的大小有关。(2)利用朗之万动力学模拟研究了半刚性高分子链的刚性对其穿过纳米孔移位过程的影响。模拟结果表明,由于刚性高分子链比柔性高分子链受到更大的粘滞阻力,因此移位时间随刚性的增加而增加。移位时间与刚性、高分子链长以及驱动力之间的标度关系,都依赖于刚性和链长。从这些标度定律可以看出,当刚性较小且链长较长时(链的回转半径大于链的持久长度),我们可以把半刚性高分子链看作是柔性高分子链;而当刚性较大且链长较短时(链的回转半径小于链的持久长度),我们则可以把半刚性高分子链看作是刚性高分子链。模拟结果还表明,随着刚性的增加,移位过程中的非平衡效应减弱。(3)高分子链的构象性质与温度有关,高分子链在高温处于无规线团状态,而在低温处于紧密球状态。采用朗之万动力学模拟研究了温度对带电高分子链从有排斥相互作用的纳米孔中逃逸的影响。逃逸时间与高分子链长度之间具有?_(esp)~N~(2.43?0.05)的标度关系,我们发现该标度指数与温度无关。这个标度指数值与高分子链的无驱穿孔移位时间与链长的标度关系相同。而逃逸时间随温度增加以指数形式?_(esp)~exp(A/T)降低,我们观察到不同的温度依赖行为:在高温(TT_H)条件下A=0.76?0.02,在中温(T_LTT_H)条件下为A=0.18?0.01,在低温(TT_L)条件下为A=0.80?0.02。我们从自由能的角度分析了A在中温区特别小的物理机制。我们还分析了产生这三种温区的原因。我们发现,?_(esp)可以表示为逃逸总步数与每步所需时间的乘积,随着温度的降低,每步所需时间在T_H急剧增加,然后高分子链逃逸总步数在T_L急剧增加。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q6-3

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 吴凡;罗孟波;;高分子链移位动力学的理论和模拟研究[J];物理学进展;2017年06期

2 王振华;王健;卢宇源;;受限高分子链的静态与动态性质[J];功能高分子学报;2018年01期

3 周艳丽;陈英才;王超;;弱电场驱动下高分子链在周期管道内输运的模拟研究[J];高等学校化学学报;2018年05期

4 刘国栋;张庆新;瞿雄伟;;高分子链构象统计算法教学的探讨[J];高分子通报;2017年02期

5 滕超;薛奇;;高分子链的去拥挤转变及低温流动[J];高分子学报;2011年09期

6 温晓会;章林溪;;打结高分子链穿孔行为的研究[J];物理学报;2010年10期

7 杨志勇;成军;;外力诱导下的高分子链相变[J];浙江大学学报(理学版);2009年03期

8 胡行俊;;高分子材料光氧老化[J];合成材料老化与应用;1987年04期

9 周普;杜强国;;原始链模型——一种新的聚合物粘弹性的分子学说[J];化学通报;1987年11期

10 关宪浦;;软化剂对橡胶弹簧胶料动性能的影响及其选择[J];特种橡胶制品;1987年01期

相关会议论文 前10条

1 张双双;瞿立建;严大东;;螺旋高分子链拉伸不稳定性的分子动力学模拟[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题B：高分子理论、计算与模拟[C];2013年

2 曹伟平;;模拟研究高分子链在纳米粒子环境中的小孔移位[A];中国化学会2016年软物质理论计算与模拟会议论文摘要集[C];2016年

3 王振华;卢宇源;安立佳;;流场诱导下线形与环形高分子链的过孔行为[A];2016年全国高分子材料科学与工程研讨会论文摘要集[C];2016年

4 滕超;李林玲;王勇;陈葳;周东山;薛奇;王晓亮;;热应力对界面高分子链的动力学效应[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题C 高分子物理与软物质[C];2015年

5 张欢欢;丁明明;徐林;石彤非;;老化过程中高分子链构象的变化对高分子薄膜去润湿的影响[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题C 高分子物理与软物质[C];2015年

6 刘茗竹;丁明明;卢宇源;安立佳;;纳米小孔及其伴随流场的非对称性对高分子链穿孔的影响[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题E 高分子理论计算模拟[C];2015年

7 安全福;钱锦文;王猛;程昒时;;溶液中高分子链的叠加度[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

8 王晓亮;滕超;薛奇;;高分子链的拥挤与去拥挤行为[A];中国化学会第27届学术年会第07分会场摘要集[C];2010年

9 罗孟波;;高分子链穿越相互作用的小孔的自由能轮廓和动力学行为[A];中国化学会第27届学术年会第07分会场摘要集[C];2010年

10 雍怀松;罗开富;;高分子链穿越纳米长孔的输运动力学[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

相关重要报纸文章 前4条

1 中科院长春应用化学研究所项目研究员 报告人 卢宇源 整理 刘辛味;“软物质”是什么？能吃吗？[N];北京科技报;2019年

2 姜涛;鑫海胶业新产品下线[N];中国黄金报;2009年

3 宋章玮;塑料：百年历程功与过[N];北京日报;2012年

4 记者 李双艺 李文瑶 任爽;我省三人新晋两院院士[N];吉林日报;2015年

相关博士学位论文 前10条

1 吴凡;高分子链的性质对其小孔移位影响的研究[D];浙江大学;2019年

2 纪禹行;温度和盐响应高分子刷对化学驱动胶体马达运动行为调控[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 李洋;二维高分子的合成及其在表面修饰方面的应用[D];吉林大学;2019年

4 Dessalegne Adamu Tsehay;线型高分子在纳米颗粒的受限环境中的静态和动力学特性[D];浙江大学;2018年

5 沙野;受限态高分子的链结构及其玻璃化转变的研究[D];南京大学;2017年

6 罗少川;新型热分析技术对高分子玻璃化转变及结晶性能的研究[D];南京大学;2018年

7 栗娟;高分子链驱动变形的计算机模拟研究[D];南京大学;2014年

8 陈涛;高分子链聚集及相转变[D];中国科学技术大学;2008年

9 柳巍;无机功能性纳米材料与高分子纳米纤维的复合[D];吉林大学;2004年

10 唐炳涛;聚胺型可交联高分子染料的合成与应用[D];大连理工大学;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 段旭辉;高分子链热输运的分子动力学模拟[D];华中科技大学;2019年

2 蔡振;抗菌高分子接枝修饰蛋白及其性能的研究[D];福州大学;2018年

3 危军浩;碳-碳单键内旋转受阻时单链高分子的柔性研究[D];西南交通大学;2019年

4 傅愉;模拟研究圆柱形管道内半刚性高分子链的伸展和动力学[D];浙江大学;2019年

5 施双飞;基于非格点Monte Carlo方法模拟研究单链高分子在表面上吸附性质[D];温州大学;2019年

6 王丹;儿茶酚基团接枝高分子的合成及粘合性能研究[D];长春理工大学;2019年

7 绳家东;碳管阵列纳米孔道内离子扩散及高分子链物理行为的实验研究[D];苏州大学;2018年

8 宋青亮;纳米复合体系中高分子构型与纳米粒子分散行为研究[D];温州大学;2018年

9 张全昌;高分子多链在表面的吸附性质模拟研究[D];温州大学;2018年

10 王妍妍;纳米粒子/高分子熔体在非平衡态下的集聚和分散行为[D];温州大学;2018年

，

本文编号：2623875