黄艳[1]2004年在《原子和离子激发态的边界半径》文中研究表明本论文提出了原子和离子激发态边界半径的理论模型和计算方法。以电子运动的经典转折点为判据,应用原子中一个电子所受到的作用势,定义了原子和离子激发态的边界半径。借助于MELD从头计算程序,同我们自编的程序相结合,在组态相互作用水平下,计算了原子各激发态的边界半径, 给出了元素从H原子到Xe原子的第一激发态的边界半径和前五周期主族元素第二到第六激发态的边界半径,并且对原子各激发态的边界半径进行了分析,指出电子的排布情况直接影响了原子激发态的边界半径。在原子激发态边界半径模型的基础上,对离子激发态的边界半径,也进行了详细的研究,给出了前五周期主族元素一价正离子、二价正离子第一激发态的边界半径。为描述原子、离子激发态的边界半径提供了一种新的方法和理论。
张明波[2]2002年在《原子和离子的边界半径》文中研究说明根据电子运动的经典转折点，定义了原子（离子）的内禀特征边界半径。具体表述如下：原子中的一个电子在运动过程中，动能和势能在不断变化。当电子运动到离核较远的某一处R时，若电子的能量恰好等于它的势能V（R），即其平均动能为零，此处即为电子运动的经典转折点。对于中性原子，假设此时的能量等于其第一电离能I的负值，即V（R）= - I。我们定义原子核到R的距离为原子的内禀边界半径，简称为边界半径。对于各种正离子和负离子，也完全可以用类似的方式分别定义它们的边界半径。利用MELD从头计算程序与自编程序相结合，分别在HF和CISD水平下计算了第一至第五周期元素的原子及其常见离子的边界半径。所得原子边界半径具有明显的周期性，并与传统的原子半径具有很好的关联。离子的边界半径与Shannon-Prewitt半径、Pauling离子半径存在相当好的关联，显示了其合理性和可应用性。
杨忠志, 张明波, 赵东霞[3]2001年在《原子和离子的边界半径》文中认为假设原子 (离子 )中一个电子所受到的作用势等于其第一电离能的负值 ,定义了原子 (离子 )的边界半径 ,其具有内禀性、唯一性的特点 .借助于MELD从头计算程序 ,计算了原子 (离子 )中一个电子受到的作用势 ,给出了前四周期元素的原子和离子边界半径 .这种半径与传统半径之间存在很好的相关性 ,具有可应用性和预测性 .
刘利[4]2003年在《原子内禀壳层结构理论》文中提出本论文应用原子中一个电子所受到的作用势，借助于电子运动的经典转折点，定义了原子内禀(亚)壳层边界半径、内实(价)壳层边界半径，提出了原子内禀壳层结构理论。依据该理论，对前五周期原子的内禀(亚)壳层结构、内实(价)壳层结构进行了研究。研究结果表明，在原子内禀壳层结构理论框架下描述的原子壳层结构是内禀唯一的和合理的，具有明确的物理意义。该理论可以揭示原子的全部壳层结构，产生基本合理的电子数，尤其是正确的预示了原子的亚壳层结构和过渡元素的壳层结构；依据该理论所确定的原子内禀壳层结构为孤立原子的壳层结构提供了统一的客观标准，为其它方法所确定的壳层结构提供了内在的理论依据；原子内禀壳层结构理论为度量孤立原子中处于束缚态下电子排布的壳层结构，提供了清晰的物理图像，为描述原子的壳层结构提供了一种新方法和新理论。
罗剑[5]2016年在《托卡马克等离子体边界转动的实验研究》文中研究指明托卡马克型磁约束核聚变作为实现受控热核聚变首选的途径之一。托卡马克等离子体的转动在对改善约束性能、抑制微观不稳定性等方面有重要作用。现阶段等离子体转动的动量源主要来自于外部动量输入,如中性粒子束注入,但受限于现有技术水平,外部输入的动量将无法满足聚变反应堆的需求,因此在众多装置上发现的等离子体自发转动变得非常重要。但自发转动的产生机理仍然没有理解清楚,还需要更多的研究。本文以J-TEXT托卡马克装置为实验平台,对等离子体边界自发转动的产生和转动剖面的建立展开了相关实验研究。作为实验研究的基础,首先建立了一套边界转动诊断系统(ERD),可以测量等离子体杂质离子特征线辐射光谱的弦积分信号。由于弦积分信号无法准确反应等离子体边界环向转动速度和离子温度的分布情况,因此建立了以杂质输运方程为基础的建模分析和增加测量弦数目两种方法来推算转动速度和离子温度的径向分布。本论文最终采用增加测量弦数目的方法,以满足实验对转动速度和离子温度剖面的测量要求。相比于其他测量等离子体转动的诊断方法,ERD系统为被动光谱测量,对等离子体的没有影响。并且以石英光纤为光路,方便搭建和调试,减少系统造价,也可以降低环境对诊断系统的影响。实验中,我们首先观测等离子体平衡建立过程中边界转动的形成过程,重点是观测和分析不同电流爬升率和密度爬升率分别对边界环向转动剖面有何影响。以平衡刚建立时刻的边界环向转动为比较对象,结果发现,等离子体密度爬升越快,边界等离子体达到的反电流方向转动速度越大。而在目前J-TEXT的放电参数范围内,还未发现等离子体电流爬升率对边界环向转动的明显影响。但根据此实验结果,可以确定边界环向转动动量源在等离子体平衡建立中就已经存在,并对转动分布的形成起着主导作用。其次,考虑了在等离子体边界转动剖面建立过程中所涉及到的新经典理论中的纹波离子损失效应、离子轨道损失效应以及粘滞效应。我们发现新经典理论预测的结果和实验测量结果相吻合。新经典理论的预测结果表明,对于边界环向转动产生与转动剖面建立的主要原因是纹波损失效应与离子轨道损失效应两者的竞争,纹波离子损失效应使边界环向转动速度朝反电流方向变化,并增大转动速度梯度；而离子轨道损失效应使边界环向转动朝同电流方向变化。低密度下离子轨道损失效应占主导作用,而高密度下纹波离子损失效应占主导作用。最后,我们对影响J-TEXT托卡马克等离子体边界转动进行了定标研究,主要考虑了包括等离子体电流、等离子体密度、环向磁场、安全因子、磁流体动力学(MHD)行为等因素,以确定在J-TEXT上影响转动的主要因素。结果表明,增大等离子体电流、增加等离子体密度、减小安全因子、抑制MHD行为、外加负偏压都可以实现将边界环向转动朝反电流方向加速；外加扰动磁场会使边界朝同电流方向转动。J-TEXT边界环向转动的实验定标研究确认对边界本征转动起重要作用的参数为等离子体密度和安全因子,而被广泛认为占主导作用的湍流理论和能量约束区间,也对边界环向转动有一定影响,但还需要更为深入细致的研究。
王丽雅[6]2017年在《纳米通道水输运与离子筛选的微观力学机理》文中研究表明纳米通道水输运和离子筛选被广泛应用于海水淡化、生物仿生、微纳器件制备等各个领域,对水输运和离子筛选微观机理的研究在物理、化学、力学、生命科学、材料科学等学科中具有重要意义。本文围绕边界滑移、接触角滞后和尺寸效应叁个关键力学问题,系统研究了纳米通道水输运和离子筛选的微观力学机理。基于分子动理论提出了适用于复杂表面边界滑移的理论模型。引入等效势阱深度的概念用以表征固液作用机制对边界滑移的影响。采用分子动力学模拟研究了化学复杂表面和几何复杂表面上的纳米流动边界滑移行为。该扩展的分子动理论滑移模型能够预测大剪应力下复杂壁面上滑移速度的非线性变化,从微观尺度更直观地解释壁面构型对于界面流动的影响。基于接触角滞后机制分析研究了非平行光滑和锯齿壁面间液滴的定向输运现象。壁面的重复张开和闭合对液滴施加连续的拉伸和挤压,为液滴输运提供动力。不对称锯齿构型阻碍了液滴的后退运动,使得液滴在每个开合周期内都能获得净位移。借助于锯齿壁面的"类棘轮效应"不但抑制了疏水壁面上液滴远离尖端的反向运动,而且有效地提高了液滴向尖端的输运效率。证实了接触线钉扎并不是液滴输运过程中的必然阶段,液滴向尖端的输运可以通过完整开合周期内向尖端净位移的累积实现。基于螺旋纳米线和纳米管道的耦合效应设计形成了纳米螺旋泵,并将其用于水的定向输运。通过对不同几何参数纳米螺旋泵内水输运机制的研究发现,纳米螺旋泵中的水输运存在叁种模式:簇状、伪连续和线性连续。研究了叶片转速、叶片润湿性以及螺旋泵管径等参数对于输运机制的影响。结果表明,水流率随螺旋线润湿性的降低而提高。疏水小管径螺旋泵中由于空间受限所导致的弱氢键作用加剧了水分子的非线性输运。将纳米螺旋泵扩展应用到脱盐领域。通过缩小叶片螺距创造受限空间,基于尺寸效应实现高效离子分离。螺旋泵内的水输运机制可以通过受限阻力和螺距决定的水输运模式的协同作用来解释。基于增大螺旋泵管径和减小螺旋叶片包含的螺距数目可以实现对水透过率的有效优化。盐离子的完全过滤和高水流率的同时实现证明了纳米螺旋泵不仅是海水脱盐的理想纳米器件,也可以被应用到其他更为普遍的基于尺寸效应的分离操作中。
肖茵静[7]2015年在《基于分子动力学模拟和显微表征的聚焦离子束纳米加工基础研究》文中研究说明聚焦离子束(Focused Ion Beam,FIB)是一种集原位材料表征、材料去除和材料沉积于一体的纳米级离子束操作手段,在纳米尺度制造中占有着重要的地位。然而,聚焦离子束铣削形成的表面非晶改性层和镓Ga金属污染层会显着影响器件的光学、电学和机械性能。为优化聚焦离子束加工工艺、提高聚焦离子束加工精度、改善器件性能,本文针对聚焦离子束纳米加工中存在的离子注入损伤和离子注入改性等关键科学问题进行了研究,探索了聚焦离子束的加工损伤及其修复方法等微观作用机理。针对现有技术手段不足的缺点,提出了采用分子动力学(MD)仿真及纳米尺度显微表征技术相结合的手段,构建了采用Tersoff-ZBL结合势描述原子间相互作用的Ga-FIB纳米加工及后退火分子动力学模型,系统的研究了典型脆性半导体材料——单晶硅的聚焦离子束纳米加工形成机理及其修复方法,从纳米尺寸和纳秒时间尺度阐释了FIB纳米加工过程中的离子注入损伤形成机理。主要研究成果包括:1.采用径向分布函数、键长键角分布、共近邻分析、均方根粗糙度等方法研究了离子束能量(0.5 keV、1 keV、2 keV)、离子注入剂量、束流密度等FIB加工参数对样品内部损伤的影响规律。MD研究表明,基底损伤深度和横向损伤范围均随着离子注入能量和剂量的增加而增加。离子轰击初期,硅内部只产生点缺陷及分散的小缺陷团,硅内部缺陷浓度随着离子注入剂量线性增长;在分散的缺陷团向连续非晶层演变的过程中,缺陷生长速度不断降低;形成连续非晶层后,缺陷浓度增长非常缓慢。原子力显微镜测量得到的FIB加工区域的表面隆起现象是由表面粗糙度的增加和表面密度的降低二者共同作用引起的。束流密度大于3.5×1023 cm-2s-1时,局部温度累积效应使得硅片表面温度高于熔点,材料溅射产额剧增。采用蒙特卡洛方法研究了离子注入角度和束流能量对溅射产额、入射离子分布、靶材损伤的影响。相关研究成果弥补了单晶硅材料Ga-FIB纳米加工机理方面的不足。2.使用各种显微结构表征手段(X射线光电子能谱深度分析、拉曼光谱、透射电镜、能谱仪、原子力显微镜等)对材料形成过程中表面/近表面的微观结构和成分进行检测和观察,揭示了聚焦离子束加工参数对聚焦离子束辐照损伤层性质的影响规律。通过在真空环境下对去除表面氧化层的硅片进行原位聚焦离子束掩模加工及刻蚀实验,阐明了一种基于表面致密镓团簇层的聚焦离子束掩模抗刻蚀机制,解决了真空无氧环境下聚焦离子束-氟化氙气体辅助刻蚀掩膜技术中的关键问题。3.构建了FIB损伤层退火的分子动力学模型,揭示了FIB纳米沟槽的退火修复机理。MD研究表明,退火过程中再结晶发生在c-Si/a-Si界面上,单晶硅再生长过程从损伤层底部朝着硅片表面进行的同时;从FIB加工区域四周向着中心进行。CNA损伤分析表明,温度为0.863 Tmc时再结晶速度最快,仅用时2.0ns。退火温度接近单晶硅熔点(=0.94 Tmc)时,除了在位于非晶硅层底部的c-Si/a-Si界面附近发生再结晶,表层还发生单晶硅融化现象。提出了基于再结晶过程中非晶/单晶界面运动的镓团聚及析出机制,确立了聚焦离子束注入及退火过程中镓团聚及析出的关键机理。4.开展了FIB镓离子注入单晶硅的真空管式炉退火实验研究,通过调整退火温度和时间,基于拉曼光谱和XPS的定量分析,分析和评价了Ga-FIB加工参数及退火工艺对聚焦离子束加工损伤的改善及修复程度。揭示了镓离子团聚、迁移和析出等纳观行为对Ga-FIB损伤区域修复过程和FIB加工区域表面形貌的影响规律。实验表明,退火温度为800℃、保温时间为30min时,可以实现镓离子的完全析出和非晶硅完全恢复成单晶结构。离子剂量达到1×1018ions?cm-2时,大量Ga离子的析出使得非晶硅能够实现300℃低温退火再结晶;此外,大Ga离子注入剂量还能导致退火后在样品表面形成非晶硅颗粒。
张静[8]2012年在《J-TEXT托卡马克欧姆放电条件下热辐射功率的测量与分析》文中指出托卡马克放电会产生等离子体(包含电子和离子),同时存在的还有等离子体周围的、未被离化的中性粒子。这些粒子之间以及其与电磁场之间的相互作用,会伴随有电磁波的辐射。当托卡马克等离子体处于热力学平衡或局部热力学平衡状态,即系统内质点(分子、原子、离子、电子等)的能量分布可以用一定温度下的玻耳兹曼分布表示时,此时系统产生的电磁辐射行为广义上称为热辐射。热辐射是高温等离子体能量输运和耗散的一个重要途径,测量热辐射可以很好的了解能量平衡,同时通过对热辐射的测量可以给出等离子体的许多信息,如组分、电离状态等。因而在托卡马克等离子体物理研究中,热辐射测量是基本的诊断。论文主要的研究工作为J-TEXT托卡马克的热辐射测量系统的设计及其应用,以及对欧姆放电情况的实验观测和物理分析。主要内容有以下几个方面：(1)由于在目前的托卡马克温度下,对托卡马克等离子体的热辐射有显着贡献的电磁波谱多落在真空紫外波段及软X射线波段,因此根据J-TEXT托卡马克等离子体密度、温度等参数,可以估算出热辐射的主要贡献波段及辐射总功率,并由此选用合适的探测器(光电二极管)和设计合适的接收光路,搭建热辐射测量系统。整个系统根据其功能可分为两大部分：极向阵列和环向阵列。极向阵列主要用于探测辐射总功率,反演辐射功率剖面,观测极向热辐射的时间和空间演化过程。环向阵列分立于大环圆周的9个小窗口之上,可以研究环向热辐射的对称性(特别是在破裂放电情况下以及破裂缓解过程中)及验证磁面的完备性。其设计具有一定的创新意义。(2)实验发现在J-TEXT托卡马克欧姆放电中,平顶阶段的热辐射总功率大约占欧姆加热功率的20-80%,由此可见热辐射在能量平衡中扮演了非常重要的角色。基于极向热辐射阵列测量结果反演出来的辐射功率剖面原则上可以反映出温度大致的空间分布情况和等离子体中的杂质情况(如,组分、比例等)。在J-TEXT欧姆放电中,实验发现辐射功率剖面的基本形状主要有两种：峰化状和中空状。峰化状剖面芯部(r=0-0.2a,a为等离子体小半径)的辐射强度占总辐射强度的30%左右,边界部分(r=0.7a-a)为15%,分析表明芯部辐射主要由重杂质线辐射(FelI等)提供的；中空状剖面的芯部(r=0-0.2a)的辐射强度占总辐射强度的15%左右,边界部分(r=0.7a-a)为20%,这一部分的辐射主要由轻杂质(如C等)的线辐射提供。(3) J-TEXT热辐射测量系统采用光电二极管阵列作为其探测器,这种探测器的响应速度为0.5μs (AXUV16ELG),基本上可以满足一些MHD行为的观测要求。实验发现在J-TEXT欧姆放电情况下,热辐射信号在极向上和环向上都明显受到锯齿和其它MHD不稳定性的调制。在有剧烈Mirnov振荡的放电中,极向热辐射探测阵列甚至可以推演出磁岛(主要是m/n=2/1)所在的位置。(4)目前,J-TEXT托卡马克放电破裂事例中的71%是出撕裂模不稳定性导致的,其中m/n=2/1的模式占主要地位,同时还可能伴随有m/n=3/1等其它模式。在这类破裂放电中,热辐射强度在破裂之前并没有明显变化,但在破裂发生后却急剧增加。这说明热辐射并非是这类破裂的主要触发机制但却是破裂时能量损失的主要通道。估算表明,在破裂的热猝灭(TQ)阶段,由辐射损失的能量可以达到等离子体总内能的10%左右。(5)在J-TEXT托卡马克静态扰动场实验中,发现投入扰动场之后,芯部热辐射强度减小而边界热辐射强度增加,这可能主要是粒子的约束变差以及温度的变化造成的。在杂质气体(He气,Ne气,Ar气)补充充气实验中,发现脉冲送气并不能使辐射功率显着增加,而超声分子束补充送气却可以,增加量随气体的有效电荷数、送气压强和脉宽而不同。
刘智超[9]2015年在《压力驱动的纳米流体在接枝聚合物刷的微通道内流动特性研究》文中提出科技文明的迅速发展让越来越多的未知事物走入了人们的视野中，现代机械设计技术和制造工艺的日臻完善也不断改变着人们的生活。纳米流体作为新兴科技研究的代表成果，以其性能良好、制备便捷、用途广泛而越来越多地应用到各行各业中。先前的研究理论充分利用了纳米流体的传热特性，在多种热交换设备中显示出主导地位，随着对微观领域的不断开拓，更多鲜为人知的流体特性被开发出来，纳米流体是一种修正流道的有利工具，观察发现纳米颗粒会在流动中进行无规则运动，抵御颗粒沉降、凝聚和阻塞，其光滑的表面效应和空间小尺寸效应也极大地改善了机器设备的磨损，纳米流体可以保持长时间的平稳流动，不仅改善流动工况，同时还增加液体黏度，达到高效传送的目的。与此同时，高分子聚合物刷通过其独特的空间结构和材料性能也成为现代机械、化学、医疗等领域的研究重点。聚合物刷具有多种丰富的空间形态构象和运动规律，可以随着流体系统宏观性质的改变而做出反应，如光照强度、酸碱性和温度等，同时组成聚合物刷的单体大分子间长程作用力和短程分子势能的交互也为聚合物刷添加了更加多样的变化，在防止蛋白质凝结、润滑和“智能表面”等领域都有突出的应用场合。将纳米流体引入到接枝有聚合物刷的微流道中，纳米流体的流动特性就不再是原先单一的运动规律，聚合物刷扰动下的纳米流体会呈现出新颖的流动特性。二者的结合为是现代技术探索机械特性提供了新路径，两种介质的综合反应也为研究更多新产品提供了思路。通过分子动力学计算机模拟，可以跨越多种实验中难以企及的苛刻条件，简化工作量，并实时观测和读取研究数据信息，为研究纳米流体的流动特性提供了有利条件。本文首先采用分子动力学模拟方法研究压力驱动的纳米流体流动特性，同时微流道表面接枝中性聚合物刷。研究在多种接枝密度和纳米颗粒体积分数的条件下，流体速度变化以及粒子密度分布。随着接枝密度增大，整体速度呈现下降趋势，然而在流道中心速度却快速回升，说明聚合物刷的作用范围局限在靠近墙壁附近。纳米颗粒在流道中心起到了更具决定性的作用，溶液中添加的纳米颗粒越多，流体速度越慢，摩擦阻尼和粘滞效应表现得越强烈。不接枝聚合物刷的纳米流体和不添加纳米颗粒的纯流体作为参考。接枝聚合物刷可以有效地控制纳米流体的速度范围。驱动力的变化同样是一个重要因素，通过向每个粒子施加由大到小的驱动力来研究流动变化，虽然更大的驱动力可以提高流体速度，但是添加纳米颗粒的效果更能有效改变整个溶液的流动特性，其作用程度超过了驱动力的改变。在中性聚合物刷的基础上，进一步研究流道中接枝聚电解质刷后纳米流体的流动性质。接枝密度与纳米颗粒体积分数的变化同样会对流动速度产生巨大的影响力，从边界区域到流道中心稳步升高，并在流道中心趋于重合。水分子与反离子的分布区域依然相对稳定，随接枝密度的变化，聚电解质刷逐步伸展。纳米颗粒的含量越多就会越限制流速并降低。本文继续研究流体系统中的其他粒子作用效果，在添加单一价态的反离子和混合价态反离子后观察流体系统的流速变化，价态越高，则速度会有一定程度的提高，同时低价态的反离子分布范围更加宽泛，吸引了聚电解质刷的伸展，而混合添加不同比例的单价和叁价反离子后速度没有明显变化，两种反离子的分布区域则受到静电吸引力的强弱规律而呈现稀疏到密集的分布。研究聚电解质刷的电荷序列对流动速度产生的影响，设定不同序列的电荷状态，并与中性刷对比，流速会随着电量的下降而被抑制减弱，而且单体伸展也有所不同，通过计算刷层高度反映出单体的空间塌缩形态。研究纳米流体的固液界面特性，通过计算得到流体的边界滑移长度和黏度特性以及分析相应的影响因素，接枝了聚合物刷的纳米流体系统会改善原有的流动性质。最后进行一个验证性流动实验，通过制作微流道和聚合物涂层，定性分析系统流量，并以此验证先前的模拟结果，保证研究结论真实可靠。本文使用分子动力学计算方法，采用模拟与实验相结合的研究体系，对接枝聚合物刷的流道中，纳米流体的流动特性进行全面细致的研究，分析了流动速度的变化趋势以及溶剂粒子、反离子和单体等密度变化范围，得到微观视野下纳米流体与聚合物刷结合后的流动效果，为今后二者的结合应用到实际机械设备中奠定了基础，并对微观探究更多流体性能提供了理论依据和技术支持，具有广泛良好的应用前景。
朱红[10]2015年在《G-quadruplex结构和稳定性的分子模拟研究》文中提出G-quadruplex是一类由多层的G-quartet堆迭而成的特殊的DNA结构的统称。无论是细胞环境还是体外环境,富含鸟嘌呤(G)碱基的DNA序列均有可能形成G-quadruplex结构。由于该结构多存在于DNA的端粒(telomere)和启动子(promoter)位置,从而具有潜在的影响DNA的复制和基因的表达的能力,因此吸引了大家广泛的关注和研究。而G-quadruplex能够影响DNA的复制和基因的表达的前提是G-quadruplex结构能够稳定的存在。因此G-quadruplex的稳定性及影响其稳定的因素是一个基本的而又相对重要的科学问题。为了更深入的理解G-quadruplex的稳定性和结构特点,由于G-quadruplex结构上的多样性和复杂性,本文采用了分子模拟(：molecular Simulation)的手段,展现了G-quadruplex在分子层面的诸多细节,解释了一系列的实验结果,并为大家更好的理解G-quadruplex结构提供了很好的指导。G-quadruplex结构一般可以分为两部分,一部分是由鸟嘌呤碱基组成的G-stem主体,另外一部分是连接不同G-strand的loop。一般大家认为G-stem是整个结构的稳定部分,起稳定整个结构的主要作用,而loop是体系的柔性部分,对G-quadruplex的稳定性影响不大。为了论证loop对G-quadruplex稳定性的影响,我们在第二章研究了相对长的时间尺度内的人类端粒适配体的反平行结构和[3+1]杂化G-quadruplex结构中loop的动力学特征和稳定性。通过分析,我们发现对于edgewise loop和diagonal loop都有截然不同的刚性部分和柔性部分。刚性部分,主要是TA碱基对和一些堆迭在G-quartet上的碱基,其构象在模拟总都保持了相当高的稳定性；而loop的其它部分,特别是TT碱基堆迭和TA碱基堆迭的构象就显得不是很稳定。在1μs的轨迹中,我们也观察到了一些构象转变的发生。对于TA碱基对来说,作为TTA的edgewise loop中一个独特的特征,本章研究所涉及的叁个碱基对都十分的稳定。同时,稳定的碱基对也提高了相邻G-quartet的稳定性。G-quadruplex结构的形成离不开离子的参与,但是G-quadruplex中的离子并不是一直稳定的存在于G-quadruplex中的,它会和溶液中的离子发生动态的交换行为。为了理解离子交换的时间尺度和其它诸如不对称性等细节,我们在第叁章研究了G-quartet中不同的糖苷二面角构象对离子进出的影响,研究发现syn构象会导致K+离子的逃离变得困难,同时,末端的5'-syn会伴随着额外氢键的产生,使得离子的逃离更见的困难。但是,由于Na+离子有相对较小的离子半径,因此其逃离和交换不受syn构象的影响。该发现有效的解释了已知的实验现象中的不对称性。但是,该研究并没有考虑G-quadruplex中环结构队离子进出的影响。因此,在第四章,我们单独研究了loop对离子进出的影响。研究发现大部分情况下,loop结构和loop碱基对于离子的进出都是有影响的,当然纯粹的double chain reversal loop除外,因为其loop碱基均位于G-quadruplex的侧面。对于edge wise loop和diagonal loop而言,由于其碱基是位于G-quadruplex的两端的,刚好在离子进出的通道上,因此其在大部分情况下都会对离子的进出造成影响。loop碱基和loop结构影响离子进出的主要途径是通过和末端G-quartet之间形成堆迭,进而稳定G-quartet结构,使得离子的逃离变得困难,大部分的loop碱基都是起到了这样的作用。当然,也并不是完全都是这样,还有两类特殊的情况,一类是loop碱基和G-quartet之间并没有很好的相互作用和堆迭,因此其对离子的进出就基本没有影响。另外一种是loop在G-quartet上产生了一种特殊的堆迭结构,即loop碱基的羰基O原子刚好在离子进出的通道上,由于羰基氧原子带较强的负电,其和离子之间的静电吸引相互作用使得离子的逃离变得比其他有碱基堆迭得情况更容易。为了在细胞环境中稳定G-quadruplex结构,从而抑制DNA的复制和基因的表达,通常需要外部药物小分子的介入,和G-quadruplex结合,从而进一步稳定G-quadruplex结构。为了从分子层面理解药物分子和G-quadruplex结合的特点,在第五章我们研究了两个基于telomestain的药物小分子和人类端粒适配体(htel)的相互作用细节,研究发现小分子的结合破坏了htel上原有的loop碱基上的TA碱基配对作用。在此之后,我们使用MM/PBSA的方法计算了小分子和htel结合的焓变,结果表明,虽然小分子和htel相互作用很强,但是由于它们之间的相互作用过程中破坏了htel原有的loop结构,因此综合来看结合焓变并不大,甚至于对于HXDV而言,结合焓变是一个正值,意味着结合之后能量反而升高了。如此反常的现象在我们分析了结合过程中的构象熵变之后总算有了答案,结果表明,小分子结合过程虽然焓变有限,但是由于其对htel的loop结构的破坏,造成loop构象的不稳定性升高,也伴随着htel构象熵的增大,并且增大的幅度远大于体系焓变的幅度,同时结合导致体系的溶剂化熵也有显着的增加。这样的结果很好的解释了实验上观察到的HXDV的熵驱动结合过程。
参考文献：
[1]. 原子和离子激发态的边界半径[D]. 黄艳. 辽宁师范大学. 2004
[2]. 原子和离子的边界半径[D]. 张明波. 辽宁师范大学. 2002
[3]. 原子和离子的边界半径[J]. 杨忠志, 张明波, 赵东霞. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2001
[4]. 原子内禀壳层结构理论[D]. 刘利. 辽宁师范大学. 2003
[5]. 托卡马克等离子体边界转动的实验研究[D]. 罗剑. 华中科技大学. 2016
[6]. 纳米通道水输运与离子筛选的微观力学机理[D]. 王丽雅. 中国科学技术大学. 2017
[7]. 基于分子动力学模拟和显微表征的聚焦离子束纳米加工基础研究[D]. 肖茵静. 天津大学. 2015
[8]. J-TEXT托卡马克欧姆放电条件下热辐射功率的测量与分析[D]. 张静. 华中科技大学. 2012
[9]. 压力驱动的纳米流体在接枝聚合物刷的微通道内流动特性研究[D]. 刘智超. 吉林大学. 2015
[10]. G-quadruplex结构和稳定性的分子模拟研究[D]. 朱红. 中国科学技术大学. 2015
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