耗散粒子動力學模擬兩親分子聚集體形變動力學.pdf

1、兩親分子(如嵌段高分子、表面活性劑、磷脂等)在選擇性溶劑中可以自組裝形成膠束、囊泡、片層等聚集體。這些有序結構不僅廣泛存在于生物體中,而且在藥物控釋、納米技術等工業(yè)領域也具備極大的應用價值。當外界條件改變時,兩親分子聚集體會表現(xiàn)出多樣的形變轉變。囊泡出芽與膠束翻轉是兩個典型的形變過程。研究這些聚集體的形變動力學有助于我們理解一些生命現(xiàn)象背后的物理規(guī)律,澄清形變機制對外界條件的依賴關系,從而有效地控制與利用由兩親分子聚集體形變主導的各種物

2、理化學過程。我們采用耗散粒子動力學(DPD)方法模擬兩種形變過程,取得如下進展：
　　 ⑴改變了常規(guī)DPD模擬體系的邊界條件,允許在邊界處根據(jù)局部密度的變化增刪粒子,構造了可變粒子數(shù)的DPD方法。這一方法解決了常規(guī)DPD模擬中多組分平膜上相疇出芽缺少多余表面積的問題。同時平膜的簡單幾何構造方便了芽體形態(tài)的觀測和膜彈性參數(shù)的計算。
　　 ⑵模擬強調(diào)了管狀芽體中間態(tài)的形成。這一形態(tài)的存在與出芽后期頸部收縮速率的加快以及芽體表

3、面積的增加緊密相關。模擬結果還反映出出芽的時間隨相疇邊緣線張力的增加而縮短,并與相疇的初始半徑成二次方關系。彎曲模量對出芽的影響較為復雜。在低線張力區(qū),增加彎曲模量首先加速出芽過程,繼續(xù)增加則抑制出芽。此外,出芽能否進行還受膜表面張力控制。
　　 ⑶對稱兩嵌段聚合物膠束的翻轉采用常規(guī)DPD方法模擬。膠束和組成高分子的形態(tài)變化反映Tilt轉可以分成兩個階段,分別為外層疏溶劑嵌段的快速團聚階段和核中親溶劑嵌段緩慢穿透帶孔疏溶劑層的階

4、段。對膠束的回轉半徑和流體動力學半徑的計算表明翻轉的中間態(tài)具有較密的殼層和疏松的核。翻轉的特征時間與組成高分子的鏈長之間存在標度關系。我們采用簡化的translocation模型來解釋這一標度指數(shù)。
　　 ⑷為了接近真實體系,我們進一步模擬了具有有限嵌段性質轉變時間的翻轉過程。所有這些翻轉不是出現(xiàn)塌縮的中間態(tài),就是經(jīng)歷松散結合的小尺寸小團階段,并沒有出現(xiàn)呈單分子分散的中間態(tài)。我們建議實驗上可以通過激光光散射技術來確定各種中間態(tài)的