流场驱动大分子迁移穿过微通道过程的计算机模拟

我们拟借助消除微通道壁滑移和流体粒子密度涨落的耗散粒子动力学方法来模拟真实流体动力学作用，观察大分子在流场驱动作用下迁移穿过微通道时的链构象变化和动力学行为，证实并更好的解释实验观察结果；研究在微通道尺寸、流体流动驱动力及大分子与通道壁相互作用等外部参数变化时对大分子穿过微通道迁移速度的影响，并找到大分子迁移穿过微通道所需的最小流体流动驱动力，给实验工作者提供参考；通过对比在不考虑流体动力学作用情况下大分子迁移穿过微通道时的模拟数据，分析流体动力学在大分子迁移穿过微通道过程中所起的作用，进而尝试理解并提出大分子在流场驱动作用下以多链折叠方式穿过微通道的迁移机理。此外，我们拟通过引入静电相互作用来描述DNA和蛋白质等带电生物大分子体系，并通过流场驱动来控制生物大分子迁移穿过微通道，进而更好的理解生物大分子迁移穿过微通道时的跨膜输运动力学行为。

我们借助消除通道壁滑移和密度涨落的耗散粒子动力学方法模拟了真实流体动力学作用，观察到高分子链在流场驱动作用下迁移穿过微通道时的链构象变化和动力学行为，证实并更好的解释了实验观察结果。首先，我们发展了一套适用于模拟流体粒子的耗散粒子动力学模拟方法，消除了流体粒子的边界滑移和密度涨落，实现了用此方法对真实流体力学作用的模拟；借助此模拟方法，我们观察到在流场驱动下高分子链可采取不同的链构象方式穿过微通道的动力学过程，为理解高分子链在流场驱动下穿过微通道的迁移机理提供了一种辅助手段。同时，我们研究了在微通道尺寸、流体流动驱动力及高分子链与通道壁相互作用等外部参数变化时对高分子链穿越微通道迁移速度的影响，并找到高分子链迁移穿过微通道所需的最小流体流动驱动力，给实验工作者提供了参考；在考虑流体力学作用和不考虑流体力学作用条件下，我们统计了高分子链通过微通道的平均迁移速率与高分子链链长的关系，发现流体力学作用可以加速高分子链迁移穿过微通道的进程，并提高高分子链成功迁移穿过微通道的概率；通过对比在不考虑流体动力学作用情况下高分子链迁移穿过微通道的模拟结果，分析了流体动力学作用在高分子链迁移穿过微通道过程中所起的效用，进而尝试理解并提出了高分子链在流场驱动作用下以多链折叠方式穿过微通道的迁移机理。此外，我们还发现在包含和不包含静电相互作用下，高分子链迁移时间与高分子链链长满足不同的标度关系。同时，我们通过引入静电相互作用来更好的描述真实生物高分子链(如DNA链)的特性，并通过流场驱动来控制生物高分子链的迁移的速度，有助于理解生物高分子链穿越微通道这一重要的生物现象。