幾種低溫保護劑溶液玻璃化特性的分子模擬及機理分析.pdf

1、玻璃化是保存大尺寸組織和器官的有效方法,但溶液的熱應力和滲透應力等引起的問題限制了玻璃化保存方法的廣泛應用。因此,低溫玻璃化保存方法的成功很大程度上取決于玻璃化溶液的性質,如臨界升降溫速率、玻璃化轉變溫度等熱及力學性質。
　　人們常用差示掃描量熱法(DSC)、動態(tài)機械分析儀(DMA)和熱機械分析儀(TMA)等儀器測量玻璃化溶液的性質,但要獲得一種理想的玻璃化溶液,需要大量的實驗。分子模擬不僅可以從微觀上設計并控制各種條件,模擬玻璃

2、化溶液的性質,而且可以分析宏觀性質的分子機理,為選擇合適的玻璃化溶液提供了一條捷徑。
　　應用gromacs3.3和MaterialStudio軟件,本文對幾種低溫保護劑溶液的玻璃化性質進行了分子模擬和機理分析,主要工作如下:
　　1、玻璃體的力學、熱學性質與其結構有直接的關系,徑向分布函數(shù)(radialdistributionfunction,RDF)反映了分子的聚集特性,是研究玻璃態(tài)結構的一個重要參數(shù)。本文研究了降溫速率

3、和壓力對玻璃化轉變溫度和徑向分布函數(shù)的影響,結果表明:降溫速率對體系的RDF有影響,縮小溫差并采取中間溫度充分馳豫可減小這種影響;采用逐步冷卻、直接冷卻和兩步法冷卻時,Me2SO溶液的RDF,RMSD(rootmeansquareddiviation,均方根偏差)及氫鍵數(shù)量構成均表現(xiàn)不同的特征,但總氫鍵數(shù)目以及Me2SO-H2O的空間角位置沒有明顯變化,Me2SO-H2O的空間角位置關系有相似性和取向性和周期性的特征;對于30％、50%

4、、70%Me2SO溶液,在慢速降溫時,RDF、RMSD及氫鍵數(shù)量構成表現(xiàn)不同的特征,其Me2SO-H2O空間角度分布也具有相似性,取向性和周期性的特點。
　　2、氫鍵是影響很多物質的結構、熱力學、力學及其他性質的關鍵因素。在溶液的冷卻過程中,無論結冰,還是玻璃化,都與分子內、外的氫鍵網有密切關系。研究了降溫速率(1×107K/s,1×1012K/s)對70%Me2SO溶液玻璃化過程氫鍵的角度、距離、生命期和數(shù)量的影響,結果表明:玻

5、璃化過程中系統(tǒng)氫鍵、Me2SO-H2O氫鍵以及H2O-H2O氫鍵的鍵長分布均呈現(xiàn)泊松分布,不同的冷卻速度對氫鍵鍵長分布影響不顯著;玻璃化過程的系統(tǒng)氫鍵角度、Me2SO-H2O氫鍵角度以及H2O-H2O氫鍵角度的分布均呈現(xiàn)泊松分布,降溫速度對氫鍵角度分布曲線的影響顯著。
　　3、氫鍵生命期特性是氫鍵動力學重要特征之一,對保存在溶液中的細胞和組織的熱及力的環(huán)境有較大的影響。研究了降溫速率(1×107K/s,1×1012K/s)對70%

6、Me2SO溶液的玻璃化過程的氫鍵生命期分布的影響,結果表明:兩種冷速下的系統(tǒng)氫鍵、Me2SO-H2O氫鍵、H2O-H2O氫鍵都表現(xiàn)出振蕩變劇烈的特性;在時間大于大約3ps時,Me2SO-H2O氫鍵生命期分布在數(shù)值上要大于H2O-H2O的;氫鍵生命期以類似自變量系數(shù)為負的冪函數(shù)或者指數(shù)函數(shù)形式分布;不管是系統(tǒng)氫鍵、Me2SO-H2O氫鍵、還是H2O-H2O氫鍵的生命期分布,快速降溫系統(tǒng)比慢速降溫系統(tǒng)的生命期振幅要小得多,振幅變化也小很多。