線性高分子鏈通過受限空間的動力學(xué)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(lǐng)域中廣泛存在。高分子通過受限空間的動力學(xué)行為長期以來一直受到人們關(guān)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(xué)、物理學(xué)、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(shè)計了各種納米管道來研究高分子通過受限空間的動力學(xué)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(jié)果。本論文結(jié)合當(dāng)前進展,對高分子鏈通過受限空間的動力學(xué)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(gòu)象數(shù)目。在誤差范圍內(nèi)統(tǒng)計結(jié)果與完全計數(shù)結(jié)果以及解析理論給出的標(biāo)度關(guān)系相一致。我們研究了高分子鏈通過小孔時構(gòu)象數(shù)的變化。結(jié)果表明,在通過小孔時由于受到小孔的限制高分子構(gòu)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(xué)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(jié)果顯示:當(dāng)濃度很小時,τ1∝C-1而τ2與濃度無關(guān);當(dāng)濃度比較高時,1τ∝ C-3同時τ2,∝nC-1.28。結(jié)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(gòu)象熵的變化可以定性解釋上述模擬結(jié)果。
　　 (3)用鍵長漲落的高分子鏈模型研究了聚電解質(zhì)鏈單鏈體系以及雙鏈體系在外電場驅(qū)動下通過2D受限空間的動力學(xué)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(guān)系:τtotal∝V-γ。聚電解質(zhì)遷移率μ隨電壓的變化存在一個轉(zhuǎn)變電壓Vc,當(dāng)V＜Vc時遷移率隨電壓的增大而增大,當(dāng)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(jié)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