甘油水溶液氢键特性的分子动力学模拟3

《甘油水溶液氢键特性的分子动力学模拟3》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、目录摘要1关键词1Abstract1引言21．一些研究者通过经典的结晶理论建立了胞内冰22．模拟结果22.1径向分布函数22.2甘油分子的构型分布32.3氢键分析32.3.1氢键的选择32.3.2氢键结构分析42.3.3氢键动力分析53．结论5参考文献6甘油水溶液氢键特性的分子动力学模拟摘要：为了研究低温保护剂溶液的结构和物理化学特性，以甘油为保护剂，采用分子动力学方法，对不同浓度的甘油和水的二元体系进行了模拟。得到了不同浓度的甘油水溶液在2ns内的分子动力学运动轨迹，通过对后1ns内运动轨迹的分析，得到了各个原子对的径向分布函数和甘油分子的构型分布。根据氢键的图形定义，分析了氢键的结构和

2、动力学特性。计算了不同浓度下体系中平均每个原子(O和H)和分子(甘油和水)参与氢键个数的百分比分布及其平均值。同时还计算了所有氢键、水分子之间的氢键以及甘油与水分子之间的氢键的生存周期。关键词：分子动力学模拟;径向分布函数;低温保护剂;水溶液Abstract：Tostudythestructureandphysicochemicalcharacteristicsofcryprotectiveagent(CPA)solutions,GlycerolhasbeenchosenasaCPAandthemoleculardynamicsmethodwasusedtosimulateglycerol

3、andwaterbinarySystemswithdifferentconcentrations.Moleculardynamicstrajectoriesofaqueousglycerolsolutionswithin2nswereobtained.Afteradetailedanalysisoftrajectorieswithinthelast1ns,theintermolecularradialdistributionfunctionsforC-C,C-O,C-H,O-H,O-OandH-Hpairsandthebackboneconformationdistributionsofg

4、lycerolmoleculeswerecalculated.Basedongeometricalcriteria,structuralanddynamicscharacteristicsofthehydrogenbondingnetworkwereanalyzed.Distributionpercentagesandaveragevaluesofthenumberofhydrogenbondsperatom(OandHatoms)andpermolecule(glycerolandwatermolecules)werecalculated.Thelifetimesoftotalhydro

5、genbonds,hydrogenbondsbetweenwatermoleculesandhydrogenbondsbetweenglycerolandwatermoleculeswerealsostudied.KeyWords：Moleculardynamicssimulation;Radialdistributionfunction;Cryprotectiveagent;AqueousSolution引言迄今为止，人类虽然已经成功保存多种细胞和组织，但是对细胞在冷冻和复温过程中的损伤机理还不是十分清楚[1]。为了保存更大体积的生物材料(如人的肾脏、肝脏和心脏)，有不少研究者仍在从事相

6、关的基础研究工作。胞内冰晶的形成将导致微细结构的破坏，使细胞死亡。因此最理想的保存方案是玻璃化降温保存，但此过程要求很高的降温速率。目前的降温手段以及样品内温度均匀分布要求还不允许有这么高的降温速率。若能从理论上预测胞内冰晶的形成和生长规律，在此基础上寻找抑制冰晶生成和生长的方法，则可以实现正常降温速率下的玻璃化保存，最大限度地提高细胞冷藏后的存活率。1、一些研究者通过经典的结晶理论建立了胞内冰晶生成和生长模型，如Karlsson的扩散控制模型[2]以及Zhao的统一模型[3]。我们曾经确定了冷冻过程中胞内溶液的均相成核温度下降值与平衡凝固点下降值的关系[4]，并根据此关系，建立了基于软冲

7、突的扩散控制生长模型[5]。虽然我们的模型预测结果与实验结果基本吻合，但是在某些情况下，尤其是在较低的冷冻保护剂(cryprotectiveagent，CPA)浓度下，模型预测结果与实验结果仍有不小的偏差。同时低温环境下CPA溶液的物理化学参数，如扩散系数、黏度、成核温度、成核速率等都缺乏精确的数据[5]。氢键的存在使得CPA溶液的结构和物理化学行为更为复杂，因此，对CPA溶液内部氢键特性的研究就显得更为迫切和必要。微尺