介觀非球形膠體粒子自組裝動力學模擬研究

《介觀非球形膠體粒子自組裝動力學模擬研究》是依託天津大學，由何學浩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：介觀非球形膠體粒子自組裝動力學模擬研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何學浩
• 依託單位：天津大學

項目摘要

納米粒子是物質在介觀尺度下的組裝基元，非球形膠體粒子自組裝行為與膠體粒子的具體形貌和結構密切相關。本項目擬採用作用勢參數列表法構建可以描述任意形貌和結構的非球形粒子自組裝動力學模擬架構，該方法從全原子目標對象出發，直接計算介觀粒子間作用勢，再通過目標勢場進行函式擬合，獲取函式參數並列表，最後採用數值方法計算非球形粒子間受力和力矩，根據剛體分子動力學構建非球形粒子隨機動力學模擬架構；系統分析非球形結構粒子間的作用勢能面和亞穩態粒子對構象；採用該模擬架構系統研究非球形粒子（Janus和Patchy粒子、多面體粒子、蛋白質結晶、殼蛋白）自組裝規律，包括粒子濃度、溫度和粒子結構對自組裝結構的影響，並同實驗結果定量比較，為設計新穎介觀粒子自組裝結構提供指導。

結題摘要

非球形膠體粒子的自組裝行為與粒子形貌和結構密切相關，通過計算機模擬深入認識組裝粒子形貌與組分分布對粒子自組裝規律的影響，對自組裝設計有著重要的學術價值。在該項目中，我們基於參數列表法構建了能夠定量描述軸對稱粒子或非軸對稱粒子形貌的力場方法和對應的粒子布朗動力學模擬架構，從而實現了對任意粒子形貌的描述和自組裝動力學模擬。我們採用非球形粒子模擬架構系統研究了Janus橢球、圓錐形、截斷圓錐形粒子、圓環、碗型粒子、截角立方體和截角八面體自組裝規律，獲得了非球形粒子自組裝相圖並對其自組裝機理進行了深入分析。為了進一步認識和驗證粒子形貌對其組裝行為的影響，我們採用微流控技術製備了尺寸及形貌均一的Janus膠體粒子和碗狀膠體粒子，並對碗形粒子的自組裝行為進行了深入研究，探索了橢球形Janus高分子膠體粒子的製備方法，這些模擬和實驗研究結果為認識和設計新型非球形粒子及自組裝調控提供有價值的信息和指導。