《多層次自組裝的多尺度模擬》是依託北京師範大學，由高靚輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多層次自組裝的多尺度模擬
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：高靚輝
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基元在外部環境下通過弱鍵相互作用自組裝成有序的高級結構包括了不同的時間和空間尺度內所發生的多種物理化學過程，是一個多層次、跨尺度的問題，充分理解這樣的複雜過程需要發展新的理論和方法。本項目擬發展各層次間相互關聯的多尺度模擬方法，自下而上逐層由高精度的計算得到更準確的粗粒化力場，實現對自組裝複雜體系的動力學過程進行高效能、低成本的模擬，研究金納米棒的生物識別功能和水凝膠的自組裝過程；並在同一體系中實現從原子分子到粗粒化粒子、再到連續體系的同步模擬，以保證模擬能夠在較大的介觀或巨觀環境中進行，同時不丟失所感興趣的局域的原子或亞原子細節，並以水和磷脂雙層膜為例研究其結構和熱力學性質。本項目的完成將為建立普適的多尺度方法提供啟迪,可以很好地研究軟物質和生物體系的自組裝過程、以及組裝基元或生物大分子在凝聚態介質中的化學性質。
結題摘要
基元在外部環境下通過弱鍵相互作用自組裝成有序的高級結構包括了不同的時間和空間尺度內所發生的多種物理化學過程，是一個多層次、跨尺度的問題，充分理解這樣的複雜過程需要發展新的理論和方法。本項目發展並實現了從原子分子、到顯式溶解粗粒化粒子、再到隱式粗粒化體系的多尺度的模擬方法，既保證模擬能夠在較大的介觀或巨觀環境中進行，同時又不丟失所感興趣的局域的原子或亞原子細節。套用這些方法，(1) 我們研究了金納米棒和磷脂的組裝，發現了具有豐富相圖的組裝結構，它們由磷脂與金棒的摩爾比和相互作用強度調控，通過調整這些影響因子可以有目的地組裝特定結構的納米金材料；(2) 研究了具有不同二級結構抗菌肽破壞生物膜的過程與機制，結果有助於人工設計合理的抗菌肽和抗病藥物；(3) 研究了人體胰島澱粉樣多肽誘發二型糖尿病的微觀機理，模擬結果表明靜電作用誘導的膜孔和憎水作用誘導的磷脂無序是膜被破壞的因素，據此預言了一類無細胞毒性的小分子抑制劑；(4) 還研究了囊泡在聚多層電解質表面破裂和鋪展的過程和機制，為製備人造細胞膜提供指導。本項目所發展的多尺度模擬方法具有良好的普適性，可用於系統地研究軟物質和生物體系的自組裝過程、以及組裝基元或生物大分子在凝聚態介質中的化學性質，能夠揭示自組裝的微觀機制、以及組裝結構對功能的影響。
