《超支化聚合物自組裝的多尺度模擬研究》是依託上海交通大學，由於春陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超支化聚合物自組裝的多尺度模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：於春陽
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬利用並發展全原子/粗粒化組合的多尺度計算機模擬方法，研究兩親性超支化多臂共聚物在稀溶液中的自組裝行為。基於微觀的全原子分子動力學以及介觀的粗粒化分子動力學方法，建立一種簡單的、能夠準確反映兩親性超支化聚合物體系相互作用本質的全原子/粗粒化組合的多尺度模擬模型。分析超支化聚合物在不同支化度、分散性、末端單元、溶液的pH值、溫度、濃度以及不同的溶劑條件影響下的自組裝動力學和結構演化規律，探索導致不同聚集結構的調控因素。本申請擬解決兩大難題：一是套用於超支化聚合物體系的全原子/粗粒化組合模擬模型的建立；二是揭示超支化聚合物在稀溶液中自組裝行為的本質，明確超支化聚合物不同聚集行為的調控因素及手段。這些研究結果將為合理調控超支化聚合物的聚集結構以及高級功能材料的開發提供可靠的理論幫助。
結題摘要
超支化聚合物是最近二十幾年發展起來的一種高度支化的聚合物。由於超支化聚合物具有大量的末端單元，近年來，通過兩親性超支化聚合物自組裝獲得了豐富的自組裝形貌，包括巨觀多壁螺旋管、超支化聚合物囊泡、大複合囊泡、大複合膠束、蜂窩狀多孔膜、納米纖維和微米管等。然而在實驗過程中，超支化聚合物的自組裝不僅動力學過程非常快，而且影響組裝形貌的因素非常多，所以很難通過實驗手段來詳細研究其組裝動力學及相應的控制因素。因此，有必要通過計算機模擬的方法來明確超支化聚合物的自組裝規律和調控機制。而計算機模擬對應不同的時間和空間尺度存在不同的模擬方法，而無論採用哪種方法進行模擬，首先要解決的是如何建立一個合理的模擬模型。超支化聚合物的合成方法決定了它是由不同拓撲結構的分子構成的混合物，因此，超支化聚合物的建模非常複雜，目前並沒有一個通用的超支化聚合物建模程式。 本項目中，在綜合考慮超支化聚合物分子量和支化度多分散性的基礎上，開發了一款超支化聚合物的建模軟體HBP Builder，該軟體可以根據用戶的需要自動產生粗粒化和全原子的超支化聚合物分子結構，還可以根據實驗數據構建多分散性模擬體系。同時，產生的結構可以直接的套用到流行的分子模擬軟體包HOOMD，Tinker和Gromacs當中。該軟體的開發搭建了超支化聚合物計算機模擬和實驗研究之間的橋樑。在此基礎上套用該軟體建立的模型（1）結合全原子分子動力學模擬方法揭示了超支化聚縮水甘油醚在水溶液的分子構象行為，以及其與小分子藥物他莫昔芬之間的相互作用機制；（2）結合耗散粒子動力學模擬對超支化聚合物的自組裝過程進行了研究，系統地構建了組裝形貌和支化度、pH、溶劑條件等影響因素的相圖，並詳細揭示了每種組裝形貌的形成機理，此外，還預測出包括螺旋膠束和嵌套囊泡等新穎組裝結構的形成條件和機理。當前的研究結果為超支化聚合物組裝形貌的調控和新形貌的發現提供了重要的理論依據。
