線性高分子鏈通過受限空間的動力學Monte Carlo研究.pdf

1、生物高分子鏈通過納米小孔或納米管道的現(xiàn)象在生物領域中廣泛存在。高分子通過受限空間的動力學行為長期以來一直受到人們關注。對這一問題的研究不僅有利于更好地理解生命過程,而且對醫(yī)學、物理學、化工以及生物科技也有重要的意義。隨著納米科技的發(fā)展,人們設計了各種納米管道來研究高分子通過受限空間的動力學行為和規(guī)律,近年來人們在這一問題上做了大量的工作并獲得了許多有意義的結果。本論文結合當前進展,對高分子鏈通過受限空間的動力學行為做了如下研究工作:

2、r>　　 (1)考慮到高分子鏈通過納米小孔或管道是一個熵受限過程,我們用掃描法統(tǒng)計了簡立方格子SAW鏈的構象數(shù)目。在誤差范圍內統(tǒng)計結果與完全計數(shù)結果以及解析理論給出的標度關系相一致。我們研究了高分子鏈通過小孔時構象數(shù)的變化。結果表明,在通過小孔時由于受到小孔的限制高分子構象數(shù)目減少,從而受到一個熵壁壘的影響。
　　 (2)用Monte Carlo方法模擬研究長度為n的多鏈體系中一條高分子鏈通過小孔的動力學過程,研究了弛豫時間τ

3、1和穿透時間τ2隨鏈節(jié)濃度C的變化。模擬結果顯示:當濃度很小時,τ1∝C-1而τ2與濃度無關;當濃度比較高時,1τ∝ C-3同時τ2,∝nC-1.28。結果表明鏈之間的相互作用在鏈通過小孔的過程中起到重要的作用。從高分子鏈通過小孔的過程中高分子構象熵的變化可以定性解釋上述模擬結果。
　　 (3)用鍵長漲落的高分子鏈模型研究了聚電解質鏈單鏈體系以及雙鏈體系在外電場驅動下通過2D受限空間的動力學過程。整個過程用弛豫時間τapp,受限

4、時間τtrap和穿透時間τtrans描述。對于單鏈體系,τapp,τtrap和τtrans都隨著外加電壓V的增大而減小,總時間τtotal與電壓V之間存在冪次關系:τtotal∝V-γ。聚電解質遷移率μ隨電壓的變化存在一個轉變電壓Vc,當V＜Vc時遷移率隨電壓的增大而增大,當V＞Vc時遷移率達到飽和隨電壓的變化保持恒定,這與實驗得到的結論相一致。在一定電壓下τapp,τtrap隨鏈長n的增大而減小,同時τtrans隨鏈長的增大而增大,τ