不同温度水化硅酸钙力学性能的分子动力学模拟∗

为研究水泥材料中的主要组成成分—水化硅酸钙,采用基于 Tobermorite 模型的建模方法,构造了钙硅比为 1.67、密度为 2.4 g/cm3 的水化硅酸钙(C-S-H)分子模型,使用分子动力学模拟方法获得水化硅酸钙在不同温度下的拉伸和压缩的力学性能。重点比较分析 C-S-H 在不同温度下的拉伸和压缩应力—应变曲线、峰值应力、杨氏模量。 结果表明：随着温度的升高,C-S-H 拉伸和压缩时的峰值应力以及杨氏模量都显著下降;C-S-H 压缩时的峰值应力明显大于拉伸时的峰值应力;随着温度的升高,水化硅酸钙 Z 方向的拉伸破环形式由塑性破坏转变为脆性破坏。     

石墨烯与抑癌基因p53 DNA片段相互作用的分子模拟与光谱学验证

石墨烯(graphene,G)及其衍生物由于具有独特的理化性质,被广泛应用于能源、生物医学等领域,但尚缺乏其对生物体和环境潜在危害的研究。采用分子动力学模拟并结合光谱学方法(紫外可见吸收光谱、紫外变温实验及荧光光谱),分析了石墨烯与抑癌基因p53启动子区DNA片段(p53-DNA)间的相互作用,并探讨了相关作用机制。石墨烯的部分芳香环与p53-DNA碱基的芳香环之间存在π-π堆积作用,两者可以通过嵌插作用进行结合,同时还通过沟槽作用进一步结合。光谱实验进一步证实,在石墨烯作用下,p53-DNA的熔点(Tm)值升高,EB-DNA体系发生静态荧光淬灭,说明石墨烯能与p53-DNA结合;同时,p53-DNA与石墨烯结合后在260 nm处的吸光度升高,说明石墨烯对p53-DNA的双螺旋结构具有一定的破坏作用。上述研究结果从分子水平上分析了石墨烯与p53-DNA间的相互作用机制,有助于进一步阐明石墨烯的毒性作用机理。     

烟草病程相关蛋白PR-1a的三维模型和荧光光谱

利用同源模建和分子动力学模拟方法搭建了烟草病程相关蛋白PR-1a的三维结构，在此基础上预测出PR-1a具有2个可能的活性位点，进一步分析PR-1家族特异保守序列，结果显示位点1的可能性更大．利用蛋白质内源荧光为探针，对分离的重组表达PR-1a蛋白进行了热稳定性研究．低于60℃处理，PR-1a蛋白内源荧光只略微降低；70℃处理30min引起PR-1a蛋白内源荧光明显降低，结果显示，PR-1a中色氨酸残基主要处于蛋白质分子内部，这与三维结构模型预测结果相符．图5参15     

BDE-28对斑马鱼核受体介导的内分泌干扰效应研究

2,4,4’-三溴联苯醚(BDE-28)在环境中普遍存在,且在长江流域多种水生生物中检出。目前,国内外对高溴代PBDEs(如BDE-47、BDE-99等)的水生脊椎动物内分泌干扰效应报道较多,而BDE-28的有关研究则相对较少。将斑马鱼胚胎暴露于2、20和200μg·L~(-1)的BDE-28后,借助q-RT-PCR方法对幼鱼8个重要受体包括雄激素受体(AR)、甲状腺激素受体(TR)、芳香烃受体(AhR)、雌激素受体(ER)、糖皮质激素受体(GR)、孕烷X受体(PXR)、盐皮质激素受体(MR)和过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)相关基因的转录水平进行了研究。结果表明,BDE-28暴露可导致AR、TR和Ah R的基因下调,其中核心受体AR和TR在低中高3种浓度下的下调倍数分别为3.03、2.64、10.10和2.21、2.18、2.31,芳香烃受体基因2(ahr2)在暴露于2和20μg·L~(-1)的BDE-28后,下调倍数分别为12.65和9.23,而雌激素受体(er1)基因在低中高浓度显著上调,上调倍数分别为12.29、12.67和15.87,雌激素受体(er2a)基因在2和20μg·L~(-1)BDE-28下的上调倍数分别为10.83和17.19。进一步采用分子对接和分子动力学模拟的方法研究BDE-28与AR、TR、Ah R和ER之间的相互作用。结果显示,BDE-28与这些受体通过疏水和氢键等相互作用稳定结合,动力学模拟后骨架原子的均方根偏差(RMSD)在5 ns后较稳定。由此可知,BDE-28通过AR、TR、Ah R和ER受体介导产生内分泌干扰效应。     

基于分子动力学的SF6/N2混合气体扩散特性理论研究

为了保证SF_6/N_2混合气体电气设备使用过程中SF_6和N_2的混合比例,使用分子动力学方法对不同温度压强和不同配比的SF_6/N_2混合保护气体进行了模拟统计,确定了合适的力场和参数,通过动力学模拟获得了不同情况下混合气体的扩散性质、并对不同配比的SF_6/N_2混合气体的泄漏情况进行了初步的模拟,发现使用同一比例的混合保护气体,在不同气候条件的地区需要使用不同配比的气体进行补偿,为SF_6/N_2混合电气设备泄漏补充提供了参考。     

SDS对烟煤润湿性能和机理的分子模拟研究

为探究十二烷基硫酸钠(SDS)对烟煤的润湿机理,首先通过实验分析SDS对烟煤润湿性能影响,然后利用分子模拟对SDS在烟煤表面的润湿过程进行研究。研究结果表明：SDS溶液改善烟煤的润湿性能,全尘、呼吸性粉尘降尘效率分别比纯水提高7.95%和10%;根据轨道能级差和静电势分析得出,SDS分子尾链吸附烟煤表面、头基朝向水中的吸附构型降低水和烟煤的液-固界面张力;SDS分子覆盖烟煤表面后,系统中烟煤与水分子的非键作用能、氢键数量、水分子的起始位点分别由-1 114.91 kcal/mol, 1 810个,1.59?变为-3 405.68 kcal/mol, 1 996个,1.57?,在SDS分子的作用下烟煤表面与水分子结合能力变强,大量水分子通过氢键作用凝聚在头基附近,水分子整体移向烟煤使烟煤表面得到充分的浸润和渗透。研究结果可为新型表面活性剂润湿煤尘性能检验提供参考。     

CL-20/HTPB热分解机理的ReaxFF/lg反应分子动力学模拟

目的 揭示CL-20和HTPB复合体系的热分解机理,同时为CL-20/HTPB复合推进剂配方设计与应用提供理论依据。方法 采用反应分子动力学方法(ReaxFF/lg),研究CL-20/HTPB混合体系在2 500~3 500 K中5个温度下的热分解机理。结果 混合体系中的CL-20分子间反应路径仍为脱硝基和开环等反应。HTPB为混合体系引入大量的H原子与OH基团,这些自由基会与CL-20及CL-20的分解产物发生反应,例如与HNO2的大量化学反应促进了CL-20的热分解。相比CL-20单质体系,混合体系下,HNO2生成反应数量均有不同程度的增加。通过与单组分产物数量的比较可以发现,H2O的含量大大增加,且曲线到达峰值的时间更短,体系分解反应速率更快,同时CO2的含量也大幅度地减少。除此之外,所计算的混合体系的活化能(Ea)与指前因子的自然对数lnA分别为114.684 kJ/mol与25.896。对比CL-20单质体系,混合体系的活化能较小。结论 HTPB会对CL-20的热分解起到促进的作用,降低了系统对热刺激的不敏感程度。     

CO在烟煤中吸附与扩散的分子模拟研究*

为揭示CO在烟煤中的微观吸附和扩散机理,利用Wiser烟煤分子模型,通过巨正则蒙特卡洛（GCMC）和分子动力学方法,研究5种不同温度（293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K）下,压力为0.1～3.0 MPa时CO吸附量、吸附热的变化,采用能量分布分析CO在烟煤中的吸附行为,利用扩散系数和扩散活化能研究CO在烟煤中的扩散特性。研究结果表明:CO在烟煤分子中的模拟结果符合朗格缪尔（Langmuir）吸附规律,随着温度的升高,Langmuir参数a和b减小,CO在烟煤分子中饱和吸附量和吸附能力降低。温度越高,烟煤分子的等量吸附热越低,烟煤分子吸附CO分子的平均等量吸附热为21.20～23.11 kJ/mol,小于42 kJ/mol,属于物理吸附;随着压力的升高,CO分子由能量较高的优势吸附位点逐渐向相对较弱的吸附位点移动;在模拟的温度和压力条件下,CO在烟煤分子模型中的扩散系数随温度和压力的升高而增加,扩散活化能随压力的升高而减小。研究结果为揭示CO在烟煤分子中微观吸附与扩散规律,准确预测采空区封闭火区煤自燃情况具有重要意义。     

复合惰气在采空区遗煤中竞争吸附的分子动力学模拟研究*

为明确作用于采空区的复合惰气的竞争吸附,进行不同温度、压力及组分下烟煤对N2、O2、CO2多元气体竞争吸附分子的模拟研究。研究结果表明:当注入压力达到3 MPa后,竞争吸附效果不再明显,为高压注入提供一定的理论基础;随着CO2分压的增大,O2吸附量降低速度逐渐平缓,初步确定最佳注入配比范围为2∶1至3∶1,为进一步结合实际工程中成本等因素确定最佳注入配比提供参考;等量吸附热受吸附条件的影响较小,仅与吸附质本身有关;随着CO2分压的增大,范德华能升高56.9%,分子内能升高78.7%,静电能升高67.2%,CO2对整个系统内的吸附作用强度及吸附量有着较大的影响;随着CO2分压增大,N2竞争吸附能力逐渐弱于O2,竞争吸附能力大小顺序为CO2>O2>N2。     

典型酚类污染物内分泌干扰效应研究——对斑马鱼发育及核受体介导基因调控的分子影响

以斑马鱼为研究对象,观察2,4,6-三氯酚（2,4,6-trichlorophenol）、4-氯-3-甲酚（4-chloro-3-methylphenol）和4-硝基苯酚（4-nitrophenol）3种酚类污染物对斑马鱼胚胎发育早期阶段形态学指标的影响,借助q-RT-PCR方法对斑马鱼胚胎分别暴露于0.1,0.5和2.5mg/L至120hpf幼鱼8个重要受体（雄激素受体（AR）、甲状腺激素受体（TR）、芳香烃受体（AhR）、雌激素受体（ER）、糖皮质激素受体（GR）、孕烷X受体（PXR）、盐皮质激素受体（MR）、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR））相关基因的转录水平进行了研究;进一步采用分子对接和分子动力学模拟的方法研究污染物与筛选出的影响受体（ER、AhR、PXR、GR以及MR）之间的相互作用过程.结果表明,在5和10mg/L的浓度下3种酚类污染物都显著影响斑马鱼的发育,造成脊柱弯曲、心包水肿等不良影响;基因结果显示2,4,6-三氯酚暴露导致ER的基因下调,雌激素受体α（er1）基因在2.5mg/L浓度下下调2.1倍.4-氯-3-甲酚显著影响ER、AhR以及PXR的相关基因,表现为在0.5和2.5mg/L暴露er1基因显著下调1.8和2.2倍,ahr2和pxr基因在0.1和2.5mg/L的浓度下分别下调1.7和1.8倍和上调3.5和3.2倍.4-硝基苯酚暴露使GR、MR核心受体基因发生调控变化,糖皮质激素受体基因（gr）在低中浓度下分别显著上调2.0和2.1倍,最高浓度下下调1.9倍.盐皮质激素受体基因（mr）在中高浓度下分别下调1.9和2.1倍,在最低浓度下显著上调1.7倍;分子计算结果显示它们与相关受体通过疏水和氢键等相互作用而稳定结合,且均方根偏差（RMSD）在5ns后稳定.这3个典型酚类污染物主要通过斑马鱼ER、AhR、PXR、GR、MR受体介导产生内分泌干扰效应并影响其早期生长发育.