納米尺度水及大分子電滲流的分子動力學(xué)研究.pdf

1、隨著微流體系統(tǒng)，尤其是生物芯片和縮微芯片實驗室技術(shù)的發(fā)展，微米乃至納米尺度構(gòu)件中流體的驅(qū)動與控制技術(shù)越來越引起人們的注意．基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，Poisson-BoltzRann方程和Nayier-Stokes方程的連續(xù)性理論在處理微米尺度以上的電滲流時取得了相當大的成功。當管徑減小至納米級時，連續(xù)性理論是否仍然能夠用于描述納米尺度的電滲就很值得探討。而在納米級通道中捕獲單個大分子是很多生物分子的應(yīng)用首先要解決的問題。 利用分子動力

2、學(xué)模擬方法，首先模擬了不同間距的硅平板對于受限于其中的水分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：受限水呈現(xiàn)出與體態(tài)水完全不同的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，主要是由于硅壁的影響。對大間距，硅壁的吸引力造成了其附近形成兩個明顯的水層，其中的水分子平行于壁面形成氫鍵，中心區(qū)域水呈現(xiàn)體態(tài)結(jié)構(gòu)；而對小間距，水密度峰值數(shù)量減小，水分子中的O-H鍵近似垂直于壁面，與臨近的水層形成氫鍵，構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 通過在兩平行板上添加表面電荷，對間距為2.9nm兩平行板問的電滲現(xiàn)

3、象進行了研究．模擬結(jié)果表明，在雙電層靠近中間的區(qū)域內(nèi)，同號離子的數(shù)目大于對離子的數(shù)目，出現(xiàn)了電荷倒置現(xiàn)象，其原因是由于固體板及表面電荷對氯離子、鈉離子不同的作用特性，誘導(dǎo)了電荷過度補償，導(dǎo)致中間區(qū)域內(nèi)氯離子數(shù)量少于鈉離子數(shù)：Z向三分之二的區(qū)域內(nèi)，分子動力學(xué)模擬的電滲流的流向與連續(xù)性理論預(yù)測的流向相反，出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)電滲流，原因可歸于脫水化氯離子致密層的形成和電荷倒置兩個因素。 最后模擬了間距為2.9nm兩硅平板間基于電滲力捕捉單個大