由碳纳米管弯曲所引起的水分子输运的开关
细胞膜结构上的水通道蛋白对于胞内渗透压的调节具有重要的意义，水分子呈一维水链构型通过水通道蛋白。大小合适的单壁碳纳米管也可以使水分子以一维水链的构型高效地通过，这使得碳纳米管可以作为研究水通道蛋白内水输运的理论模型。
一维水分子链输运的开关机制在生物和纳米科学方面都有重要的意义，上海应用物理研究所的万荣正等发现，通过对单壁碳纳米管加上横向压力，在某个压力的阈值范围内可以实现一维水分子链输运的开关。事实上，不论是怎样的输运通道，都可能存在着弯曲变形，这样的弯曲变形将导致输运通道的横截面变化，从而阻止水分子的通过。所以，对输运通道的弯曲也是实现一维水分子链输运的开关的一种办法。目前，在理论和数值模拟方面并没有针对输运管道的弯曲导致的一维水链输运的开关进行的工作。本文以单壁碳纳米管为简化模型，用分子动力学模拟的实验方法对碳纳米管的弯曲导致的一维水分子链输运的开关进行了研究。
我们曲单壁碳纳米管被每隔两度弯曲成固定角度的弯曲构型，然后置于由石墨板分割的水分子体系中。单壁碳纳米管的弯曲角度在0-30度之间。在一定的渗透压下，通过对碳管的各个弯曲角度的构型系统内水分子流量的统计，找到实现水链开关的阈值弯曲角度大约为14.6度。
对于单壁碳纳米管内的水分子概率分布的统计和在不同的弯曲构型下管内不同水分子数出现的构型的自由能统计，更加形象得给出在开关阈值区域内水分子从一维水链分布到水链断开的分布的过渡的描述。
- 作者：
- 王棽
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 粒子物理与原子核物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 方海平
- 中图分类号：
- TB383
- 关键词：
- 单壁碳纳米管；细胞膜结构；水通道蛋白；水分子输运；开关机制；弯曲构型
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