半剛性高分子鏈熔體中的熵相互作用及離子相互作用引起的 DNA 凝聚-解凝轉(zhuǎn)變.pdf

1、隨著科技水平的發(fā)展和學(xué)科間的相互滲透，高分子學(xué)科和物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥、材料、化工等學(xué)科聯(lián)系密切，因此長久以來高分子體系都是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。在高分子相關(guān)的二元體系甚至多元體系中，存在異種粒子失配的熵作用，分子間作用力的焓作用，帶電體間靜電庫倫作用和其它相互作用等多種相互作用，這些相互作用的競爭給高分子體系帶來豐富的物理圖像。了解高分子環(huán)境中左右納米粒子排空作用的影響因素，對納米粒子的高效有序自組裝甚至是有序的層級結(jié)構(gòu)有重要意義，為

2、自修復(fù)型材料、環(huán)境響應(yīng)材料等新型材料的開發(fā)提供參考。DNA陽離子復(fù)合物體系在基因療法中起著不可替代的重要作用，明確離子相互作用對復(fù)合體系構(gòu)象變化的影響機(jī)制在基因修復(fù)、基因沉默、藥物輸運(yùn)等生命醫(yī)藥領(lǐng)域具有極大的潛在價(jià)值和深遠(yuǎn)意義。
　　近年來蓬勃發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)為分子層面探究高分子體系及其內(nèi)部的微觀相互作用提供了極大助力?；诘诙轮薪榻B的分子動(dòng)力學(xué)方法與普適粗?；Ｐ?，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬深入研究了納米粒子/高分子復(fù)合體系和DNA/物復(fù)

3、合體系，得到了體系的多種相行為。剖析兩種復(fù)合體系內(nèi)的多種相互作用對構(gòu)象變化的貢獻(xiàn)和影響，建立性質(zhì)和構(gòu)象之間的聯(lián)系。
　　在第三章中，運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法探究了浸沒于半剛性高分子鏈熔體中納米粒子的有效排空層，并計(jì)算了同樣環(huán)境下一對納米粒子見的熵排空相互作用。排空區(qū)域的平均體積主要依賴于高分子的鏈剛性，會隨著鏈剛性的增加而增加。在半剛性高分子鏈熔體中，納米粒子間的熵排空相互作用是各向異性的吸引勢轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈鼜?qiáng)的各向同性吸引勢。此外，

4、納米粒子和高分子之間的焓吸引作用也會劇烈地影響熵排空作用，其與粒子間熵吸引作用之間的競爭有機(jī)會使各向同性的排空作用回到各向異性。對于棒狀高分子鏈熔體中的納米粒子而言，當(dāng)納米粒子與高分鏈之間有強(qiáng)焓吸引作用時(shí)，可以觀察到納米粒子存在直接接觸和橋聯(lián)集聚兩種集聚方式共存的現(xiàn)象。這一研究結(jié)果旨在提供一個(gè)可以預(yù)測浸沒于半剛性高分子鏈熔體中納米粒子排列行為的有效框架。
　　在第四章中，依托分子動(dòng)力學(xué)方法研究了粗?；Ｐ拖码p鏈DNA與帶正電樹枝狀

5、分子復(fù)合物的相變行為。考慮了離子相互作用中的離子價(jià)態(tài)和濃度的影響。當(dāng)諸如負(fù)六價(jià)的高價(jià)態(tài)陰離子加入DNA溶液后，觀察到DNA與樹枝狀分子的吸附/解吸轉(zhuǎn)變。對DNA/樹枝狀分子復(fù)合體系而言，當(dāng)溶液中陰離子價(jià)態(tài)較低時(shí)，樹枝狀分子緊緊地貼附在V字形的雙鏈DNA，但溶液中陰離子替換為高價(jià)態(tài)的五六價(jià)陰離子時(shí)，雙鏈DNA脫離樹枝狀分子并自恢復(fù)到長直的伸展?fàn)顟B(tài)。事實(shí)上，高價(jià)態(tài)陰離子的加入改變了DNA/樹枝狀分子周圍的電荷空間分布，削弱了雙鏈DNA與樹枝

6、狀分子的靜電相互作用。樹枝狀分子表層的電荷反轉(zhuǎn)引發(fā)了DNA與樹枝狀分子的吸附/解吸轉(zhuǎn)變。這一研究結(jié)果有助于找到如何有效控制基因輸運(yùn)過程中DNA釋放的方法。
　　在第五章中，把分子動(dòng)力學(xué)模擬方法和原子力顯微鏡觀測手段相結(jié)合，從模擬和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層面研究了DNA/陽離子短鏈混合體系中多價(jià)鹽陽離子引發(fā)的DNA鏈解凝過程，并主要關(guān)注了鹽陽離子價(jià)態(tài)和濃度對復(fù)合體系的影響。不同濃度鹽陽離子溶液中DNA鏈的典型構(gòu)象，表明鹽陽離子的濃度和價(jià)態(tài)對DNA

7、的解凝過程具有深刻的影響。在鹽陽離子缺省或鹽陽離子濃度較低時(shí)，DNA鏈處于凝聚狀態(tài)，隨著鹽陽離子濃度的升高，緊實(shí)的DNA鏈凝聚體會變得松散。高濃度的鹽陽離子溶液中，富余的鹽陽離子會過度補(bǔ)償DNA鏈周圍的凈電荷環(huán)境，削弱了DNA鏈和陽離子短鏈的靜電吸引作用。在混有噬菌體DNA和亞精胺的不同濃度2NaCl/MgCl溶液中也觀察到了噬菌體DNA的凝聚/解凝轉(zhuǎn)變。
　　在第六章中，在分子動(dòng)力學(xué)方法和粗?；Ｐ偷幕A(chǔ)上，開展了對吸附于彈性球