[发明专利]一种化学波筛选活性纳米物质的模拟方法

说明书

本发明公开了一种化学波筛选活性纳米物质的模拟方法，属于依靠溶液燃料实现微米/纳米物质自驱动的研究与开发领域。具体包括以下步骤：（1）构建模型；（2）计算模拟：计算纳米胶球和溶液粒子流动过程的数据，包括化学波以及纳米胶球的位置，粒子之间的相互作用受力和纳米胶球的速度；（3）数据分析，计算活性纳米胶球与化学波波峰之间的相对距离。本发明方法不仅可以有效地筛选活性纳米物质，而且还可以对活性物质的定向输运提供直接的理论指导，另外该方法的实施不需要大量的实验材料，具有低成本、高效率和无污染的优点，可以节省人力、物力和财力，能够有效地促进纳米活性物质的研究进展。

技术领域

本发明涉及依靠溶液燃料实现微米/纳米物质自驱动的研究与开发领域，具体涉及一种化学波筛选活性纳米物质的模拟方法。

背景技术

在自然界中有大量的生物分子马达存在，吸收环境中的能量转化成动能从而获得运动。科学家们结合生物分子马达合成人工纳米马达。最早的通过化学反应驱动的纳米马达是由Whitesidest等人提出，在含有催化成分Pt的圆盘形状的纳米马达在H₂O₂的系统中，H₂O₂在Pt的催化下，可以生产氧气气泡从而使得圆盘运动。研究者设计出依靠燃料反应驱动的微米/纳米马达后可以对其潜在的应用进行研究，微纳米马达可以用来药物输运、生物医学、环境修复等等。在药物输运方面荷兰奈梅大学教授Daniela A.Wilson课题组通过研究，可以利用高分子纳米马达把药物输送到指定的癌细胞中。他们用PEG-PCL和PEG-PS进行相似的组装，把抗癌药物阿霉素装载到Pt纳米颗粒中，这样组装成纳米马达，将药物输运到癌细胞中。传统算法不稳定性，比如DPD方法是一种非格子的模型方法，模拟的粒子在连续的空间和间断的时间中运动，DPD方法中单个粒子代表的是整个分子或者分子团簇，忽略内部原子的运动细节行为，认为其与过程无关，模拟得到的粘滞系数比解析得到的小50％左右。在目前的无标记分离技术中主要依赖于被分离物质物理特性的差异，如：形状、密度、粘附力、扩散系数等，对于这些差异不是很明显的混合物，分离效率就会明显下降。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种化学波筛选活性纳米物质的模拟方法的技术方案，通过Lennard-Jones势处理溶液粒子与纳米物质之间以及任意两个纳米物质之间的相互作用，并利用活性纳米物质对系统中某种特定溶液粒子具有催化作用使其受力不均衡而产生定向运动，筛选出对溶液粒子敏感的活性纳米物质，采用MD(分子动力学)模拟方法研究纳米物质的运动过程，采用MPC(多分子碰撞动力学)研究溶液粒子的运动过程。在Fortran软件中计算纳米物质与系统中溶液粒子之间的相互作用，并用该软件处理纳米物质在整个系统中的运动过程，并实现活性纳米物质的自驱动过程进而达到通过化学波筛选活性物质的目的。再通过MATLAB、VMD等软件构建出视觉化的模型，并进一步利用Fortran软件分析处理所得数据获得纳米胶球和溶液粒子在演化过程中的位置、速度、距离等数据，再通过使用Origin软件绘图，可以有效地比较模拟结果与理论解析之间的差值。通过将计算模拟与理论分析相结合，有效地阐释内在的物理机制，对物理特性差异不明显的活化物质分离以及纳米物质的定向输运、投递提供理论指导。

一种化学波筛选活性纳米物质的模拟方法，包括以下步骤：

(1)构建模型：所述的模型溶液粒子、纳米胶球、化学波的建立和纳米胶球运动性质；

(2)计算模拟：计算纳米胶球和溶液粒子流动过程的数据，粒子之间的碰撞由MPC方法进行模拟，而运动是由MD模拟完成的：

a.设定初始条件；

b.计算化学波以及纳米胶球的位置；

c.计算各种粒子之间的相互作用受力和纳米胶球的速度；