《基於泊松波爾茲曼方法的界面相互作用研究》是依託上海師範大學，由葉翔擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於泊松波爾茲曼方法的界面相互作用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：葉翔
- 依託單位：上海師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
要準確地模擬生物體系的結構，功能及動力學過程，除了模擬生物分子體系自身以外，還必須描述生物分子體系和其周圍水分子的相互作用。以泊松波爾茲曼方法為代表的隱性溶液方法用平均場近似來描述生物分子體系與水分子的相互作用，有效減小了所必需 模擬體系的規模，使得在現有硬體條件下模擬更大的生物體系成為可能。現階段限制泊松波爾茲曼方法套用到生物分子動力學研究中的主要因素有2個：（1）生物體系與溶液之間界面確定的高耗時性及不連續性；（2）介質界面力計算的不穩定性。本項目擬圍繞以上2個問題開展研究：以傳統硬球模型為標準，用原子虛擬密度函式的方法快速構建生物分子與溶液的連續界面；並在此基礎上結合Maxwell stress tensor理論，規避以往介質界面力方法中的奇點問題，開發基於界面極化電荷的介質界面力計算方法。此外，用新的方法研究具體的生物分子體系結構及生物分子體系與納米體系的相互作用。
結題摘要
以泊松波爾茲曼方法為代表的隱性溶液方法用平均場近似來描述生物分子體系與水分子的相互作用，有效減小了所必需 模擬體系的規模，使得在現有硬體條件下模擬更大的生物體系成為可能。本項目針對現階段限制泊松波爾茲曼方法套用到生物分子動力學研究中的2個主要問題進行研究：（1）生物體系與溶液之間界面確定的高耗時性及不連續性；（2）介質界面力計算的不穩定性。我們以傳統硬球模型為標準，用原子虛擬密度函式的方法快速構建生物分子與溶液的連續界面，其界面確定速度達到了硬球模型的3到4倍，我們在原有基礎上改進此密度函式，並採用更多不同結構的有機生物分子做校準樣品，讓其能夠適應不同半徑的溶液分子，使此密度函式具有很好的普適性；結合Maxwell stress tensor理論，規避以往介質界面力方法中的奇點問題，開發了一種新的基於界面極化電荷的介質界面力計算方法；從力的原始定義出發，即體系溶劑化自由能的負導數，我們對密度函式以相關的原子坐標做合理的偏微分結合鏈式法則把介質界面力合理分配到相關原子上，讓體系原子的受力符合客觀的物理規律，使泊松波爾茲曼方法成功套用到生物體系的分子動力學的模擬研究中。此外，我們用新的方法研究具體生物分子體系及一系列納米體系，計算結果表明本項目發展的新方法是可靠有效的。
