半剛性高分子鏈熔體中的熵相互作用及離子相互作用引起的 DNA 凝聚-解凝轉(zhuǎn)變.pdf

1、隨著科技水平的發(fā)展和學(xué)科間的相互滲透，高分子學(xué)科和物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥、材料、化工等學(xué)科聯(lián)系密切，因此長(zhǎng)久以來(lái)高分子體系都是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。在高分子相關(guān)的二元體系甚至多元體系中，存在異種粒子失配的熵作用，分子間作用力的焓作用，帶電體間靜電庫(kù)倫作用和其它相互作用等多種相互作用，這些相互作用的競(jìng)爭(zhēng)給高分子體系帶來(lái)豐富的物理圖像。了解高分子環(huán)境中左右納米粒子排空作用的影響因素，對(duì)納米粒子的高效有序自組裝甚至是有序的層級(jí)結(jié)構(gòu)有重要意義，為

2、自修復(fù)型材料、環(huán)境響應(yīng)材料等新型材料的開(kāi)發(fā)提供參考。DNA陽(yáng)離子復(fù)合物體系在基因療法中起著不可替代的重要作用，明確離子相互作用對(duì)復(fù)合體系構(gòu)象變化的影響機(jī)制在基因修復(fù)、基因沉默、藥物輸運(yùn)等生命醫(yī)藥領(lǐng)域具有極大的潛在價(jià)值和深遠(yuǎn)意義。
　　近年來(lái)蓬勃發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)為分子層面探究高分子體系及其內(nèi)部的微觀相互作用提供了極大助力?；诘诙轮薪榻B的分子動(dòng)力學(xué)方法與普適粗?；Ｐ停\(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬深入研究了納米粒子/高分子復(fù)合體系和DNA/物復(fù)

3、合體系，得到了體系的多種相行為。剖析兩種復(fù)合體系內(nèi)的多種相互作用對(duì)構(gòu)象變化的貢獻(xiàn)和影響，建立性質(zhì)和構(gòu)象之間的聯(lián)系。
　　在第三章中，運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法探究了浸沒(méi)于半剛性高分子鏈熔體中納米粒子的有效排空層，并計(jì)算了同樣環(huán)境下一對(duì)納米粒子見(jiàn)的熵排空相互作用。排空區(qū)域的平均體積主要依賴(lài)于高分子的鏈剛性，會(huì)隨著鏈剛性的增加而增加。在半剛性高分子鏈熔體中，納米粒子間的熵排空相互作用是各向異性的吸引勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈鼜?qiáng)的各向同性吸引勢(shì)。此外，

4、納米粒子和高分子之間的焓吸引作用也會(huì)劇烈地影響熵排空作用，其與粒子間熵吸引作用之間的競(jìng)爭(zhēng)有機(jī)會(huì)使各向同性的排空作用回到各向異性。對(duì)于棒狀高分子鏈熔體中的納米粒子而言，當(dāng)納米粒子與高分鏈之間有強(qiáng)焓吸引作用時(shí)，可以觀察到納米粒子存在直接接觸和橋聯(lián)集聚兩種集聚方式共存的現(xiàn)象。這一研究結(jié)果旨在提供一個(gè)可以預(yù)測(cè)浸沒(méi)于半剛性高分子鏈熔體中納米粒子排列行為的有效框架。
　　在第四章中，依托分子動(dòng)力學(xué)方法研究了粗粒化模型下雙鏈DNA與帶正電樹(shù)枝狀

5、分子復(fù)合物的相變行為?？紤]了離子相互作用中的離子價(jià)態(tài)和濃度的影響。當(dāng)諸如負(fù)六價(jià)的高價(jià)態(tài)陰離子加入DNA溶液后，觀察到DNA與樹(shù)枝狀分子的吸附/解吸轉(zhuǎn)變。對(duì)DNA/樹(shù)枝狀分子復(fù)合體系而言，當(dāng)溶液中陰離子價(jià)態(tài)較低時(shí)，樹(shù)枝狀分子緊緊地貼附在V字形的雙鏈DNA，但溶液中陰離子替換為高價(jià)態(tài)的五六價(jià)陰離子時(shí)，雙鏈DNA脫離樹(shù)枝狀分子并自恢復(fù)到長(zhǎng)直的伸展?fàn)顟B(tài)。事實(shí)上，高價(jià)態(tài)陰離子的加入改變了DNA/樹(shù)枝狀分子周?chē)碾姾煽臻g分布，削弱了雙鏈DNA與樹(shù)枝

6、狀分子的靜電相互作用。樹(shù)枝狀分子表層的電荷反轉(zhuǎn)引發(fā)了DNA與樹(shù)枝狀分子的吸附/解吸轉(zhuǎn)變。這一研究結(jié)果有助于找到如何有效控制基因輸運(yùn)過(guò)程中DNA釋放的方法。
　　在第五章中，把分子動(dòng)力學(xué)模擬方法和原子力顯微鏡觀測(cè)手段相結(jié)合，從模擬和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層面研究了DNA/陽(yáng)離子短鏈混合體系中多價(jià)鹽陽(yáng)離子引發(fā)的DNA鏈解凝過(guò)程，并主要關(guān)注了鹽陽(yáng)離子價(jià)態(tài)和濃度對(duì)復(fù)合體系的影響。不同濃度鹽陽(yáng)離子溶液中DNA鏈的典型構(gòu)象，表明鹽陽(yáng)離子的濃度和價(jià)態(tài)對(duì)DNA

7、的解凝過(guò)程具有深刻的影響。在鹽陽(yáng)離子缺省或鹽陽(yáng)離子濃度較低時(shí)，DNA鏈處于凝聚狀態(tài)，隨著鹽陽(yáng)離子濃度的升高，緊實(shí)的DNA鏈凝聚體會(huì)變得松散。高濃度的鹽陽(yáng)離子溶液中，富余的鹽陽(yáng)離子會(huì)過(guò)度補(bǔ)償DNA鏈周?chē)膬綦姾森h(huán)境，削弱了DNA鏈和陽(yáng)離子短鏈的靜電吸引作用。在混有噬菌體DNA和亞精胺的不同濃度2NaCl/MgCl溶液中也觀察到了噬菌體DNA的凝聚/解凝轉(zhuǎn)變。
　　在第六章中，在分子動(dòng)力學(xué)方法和粗?；Ｐ偷幕A(chǔ)上，開(kāi)展了對(duì)吸附于彈性球