二肽自組裝及聚合物膜防原油粘附性的理論研究.pdf

1、多肽類(lèi)雙親分子自組裝形成超分子水凝膠在生物醫(yī)藥和材料領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，近年來(lái)更是在能源利用方面展現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景，吸引了許多科研人員的興趣。實(shí)驗(yàn)證明許多二肽分子可在水溶液中自組裝形成螺旋的納米結(jié)構(gòu)，但是，從分子水平上研究自組裝過(guò)程以及驅(qū)動(dòng)力仍然值得深入討論。在促進(jìn)科技發(fā)展的同時(shí)，我們也應(yīng)該對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，原油泄漏事故對(duì)自然環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的破壞，新型的聚合物材料可將水分子吸附到其表面形成水化層，防止疏水性物質(zhì)對(duì)處理含油

2、污水的儀器設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，可應(yīng)用于凈化含油污水。
　　本論文主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)烷基取代的二肽鈉鹽在水溶液中自組裝的過(guò)程，對(duì)形成的聚集體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，期望對(duì)分子自組裝及其應(yīng)用有更好的了解和發(fā)展。論文最后研究了兩種不同聚合物膜的防污性能，對(duì)比結(jié)果顯示，PAAS聚合物膜具有較好的防污能力，可用于凈化含油污水。研究?jī)?nèi)容主要分為以下三部分:
　　1.用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了烷基取代的丙氨酸二

3、肽鈉鹽在水溶液中自組裝形成水凝膠的過(guò)程，模擬采用GROMOS45a3聯(lián)合原子力場(chǎng)。初始構(gòu)型中，丙氨酸二肽分子被隨機(jī)分散在水溶液中，通過(guò)200ns的動(dòng)力學(xué)模擬，最終得到一個(gè)親水基團(tuán)朝向水相的穩(wěn)定的柱形納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)從分子水平上對(duì)最終結(jié)構(gòu)的分析，我們發(fā)現(xiàn)親水基團(tuán)在聚集體表面的分布呈現(xiàn)出螺旋結(jié)構(gòu)，疏水的烷基鏈并非完全被包裹于聚集體的內(nèi)部，而是有一部分暴露于水相，從而形成疏水面。因此，我們認(rèn)為聚集體之間正是通過(guò)疏水面之間的疏水作用相互纏繞，形成

4、更大尺寸的納米纖維。為了進(jìn)一步解釋螺旋結(jié)構(gòu)的形成，我們研究了鈉離子和水分子在親水基團(tuán)周?chē)目臻g分布以及和二肽分子之間的相互作用，親水基團(tuán)形成的親水層中，對(duì)于自組裝驅(qū)動(dòng)力氫鍵和靜電相互作用分別提出了水橋和鹽橋結(jié)構(gòu)模型。最后，基于Yang課題組的實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)空間分布函數(shù)的分析提出了螺旋結(jié)構(gòu)模型。
　　2.在上一個(gè)研究體系的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了手性相反的兩種烷基取代的蘇氨酸二肽分子，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了其鈉鹽在水

5、溶液中的自組裝行為。首先，通過(guò)對(duì)非共價(jià)相互作用能的分析發(fā)現(xiàn)，烷烴鏈之間的疏水相互作用是自組裝的主要驅(qū)動(dòng)力，而親水基團(tuán)之間因?yàn)檩^強(qiáng)的靜電排斥，不利于自組裝的進(jìn)行和聚集體的穩(wěn)定。然而，自組裝形成的聚集體依然能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，這主要是因?yàn)樗肿雍外c離子可滲入到親水層內(nèi)部，與二肽分子之間形成水橋和鹽橋結(jié)構(gòu)，有助于緩解靜電排斥，促進(jìn)自組裝進(jìn)行并穩(wěn)定聚集體的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，兩種分子在水溶液中自組裝得到的納米結(jié)構(gòu)螺旋方向相反，(L，L)分子形成

6、的是左手螺旋的納米纖維，而(D，D)分子形成的是右手螺旋的納米纖維。
　　3.世界上每年都會(huì)發(fā)生多起原油泄漏事故，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更是對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了非常嚴(yán)重的危害。因?yàn)樵途哂休^高的粘度，會(huì)因?yàn)檎掣阶饔枚鴮?duì)處理油水混合物的設(shè)備產(chǎn)生影響。我們采用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)兩種新的聚合物膜表面水分子的均力勢(shì)、擴(kuò)散性能、水化層結(jié)構(gòu)及氫鍵數(shù)目等進(jìn)行了分析討論，進(jìn)而對(duì)其親水性能作對(duì)比研究。基于油水不混溶性，聚合物膜親水性越強(qiáng)，其對(duì)水分子的束