纳米水通道的新特性

2005/07/14 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:
水在生命活动中具有重要的功能。近年来,随着现代生物学、特别是分子生物学的蓬勃发展,水在生物分子中的功能得到进一步认识。作为一种独立的研究手段,分子动力学模拟在生物分子中水的作用和性质的研究中发挥着巨大的作用。

我所方海平研究员等运用分子动力学模拟,对水在亲、疏水表面的性质、生物分子中水的重要性开展了一系列研究工作。通过对蛋白通道的简化模型(具有合适半径的纳米碳管)的分子动力学模拟研究,他们发现这种典型的纳米孔道具有极好的通道特性,即在噪音信号下,其“通”或“关”的状态不受干扰,而在有效信号下,“通”或“关”的状态迅速响应。研究表明,这个优异开关特性的主要原因是纳米碳管内水分子的波形分布。水分子波形中极大极小值出现的空间位置的移动,抵消了纳米碳管形变对内部水分子的作用,从而使内部水分子的平均个数、流量基本保持不变。当形变达到一定强度,依靠波形的空间位置移位不再有效,形变迅速体现在对内部水分子的作用,通道关闭。进一步研究表明,改变纳米孔道通或关的状态需要的外力大小是在许多目前存在的科学仪器的力程范围,这样的通道还可以为将来纳米注射器的研制提供参考。
由于生物分子常常处于噪音很大的环境中,因此,生物分子在信号传递过程中如何保持极好的信噪比一直是科学家们关注的重要问题,此项研究成果有助于理解相关的分子机制。该成果获得中科院百人计划、国家自然科学基金等项目资助,部分结果在上海超级计算中心完成。相关报道发表在J. Am. Chem. Soc. 127, 7166 (2005)上。
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