耗散粒子動力學(xué)模擬兩親分子聚集體形變動力學(xué).pdf

1、兩親分子(如嵌段高分子、表面活性劑、磷脂等)在選擇性溶劑中可以自組裝形成膠束、囊泡、片層等聚集體。這些有序結(jié)構(gòu)不僅廣泛存在于生物體中,而且在藥物控釋、納米技術(shù)等工業(yè)領(lǐng)域也具備極大的應(yīng)用價值。當(dāng)外界條件改變時,兩親分子聚集體會表現(xiàn)出多樣的形變轉(zhuǎn)變。囊泡出芽與膠束翻轉(zhuǎn)是兩個典型的形變過程。研究這些聚集體的形變動力學(xué)有助于我們理解一些生命現(xiàn)象背后的物理規(guī)律,澄清形變機(jī)制對外界條件的依賴關(guān)系,從而有效地控制與利用由兩親分子聚集體形變主導(dǎo)的各種物

2、理化學(xué)過程。我們采用耗散粒子動力學(xué)(DPD)方法模擬兩種形變過程,取得如下進(jìn)展：
　　 ⑴改變了常規(guī)DPD模擬體系的邊界條件,允許在邊界處根據(jù)局部密度的變化增刪粒子,構(gòu)造了可變粒子數(shù)的DPD方法。這一方法解決了常規(guī)DPD模擬中多組分平膜上相疇出芽缺少多余表面積的問題。同時平膜的簡單幾何構(gòu)造方便了芽體形態(tài)的觀測和膜彈性參數(shù)的計(jì)算。
　　 ⑵模擬強(qiáng)調(diào)了管狀芽體中間態(tài)的形成。這一形態(tài)的存在與出芽后期頸部收縮速率的加快以及芽體表

3、面積的增加緊密相關(guān)。模擬結(jié)果還反映出出芽的時間隨相疇邊緣線張力的增加而縮短,并與相疇的初始半徑成二次方關(guān)系。彎曲模量對出芽的影響較為復(fù)雜。在低線張力區(qū),增加彎曲模量首先加速出芽過程,繼續(xù)增加則抑制出芽。此外,出芽能否進(jìn)行還受膜表面張力控制。
　　 ⑶對稱兩嵌段聚合物膠束的翻轉(zhuǎn)采用常規(guī)DPD方法模擬。膠束和組成高分子的形態(tài)變化反映Tilt轉(zhuǎn)可以分成兩個階段,分別為外層疏溶劑嵌段的快速團(tuán)聚階段和核中親溶劑嵌段緩慢穿透帶孔疏溶劑層的階

4、段。對膠束的回轉(zhuǎn)半徑和流體動力學(xué)半徑的計(jì)算表明翻轉(zhuǎn)的中間態(tài)具有較密的殼層和疏松的核。翻轉(zhuǎn)的特征時間與組成高分子的鏈長之間存在標(biāo)度關(guān)系。我們采用簡化的translocation模型來解釋這一標(biāo)度指數(shù)。
　　 ⑷為了接近真實(shí)體系,我們進(jìn)一步模擬了具有有限嵌段性質(zhì)轉(zhuǎn)變時間的翻轉(zhuǎn)過程。所有這些翻轉(zhuǎn)不是出現(xiàn)塌縮的中間態(tài),就是經(jīng)歷松散結(jié)合的小尺寸小團(tuán)階段,并沒有出現(xiàn)呈單分子分散的中間態(tài)。我們建議實(shí)驗(yàn)上可以通過激光光散射技術(shù)來確定各種中間態(tài)的