Quantum dynamics of electronic excitations in biomolecular chromophores: role of the protein environment and solvent
我们考虑连续介质模型作为极小模型来理解周围的球状蛋白质和溶剂对生物生色团中电子激发的量子动力学的影响。我们推导出频率依赖的光谱密度的表达式，它描述了在生色团的电子能级耦合到它的环境。谱密度的大小和频率依赖性决定了量子动力学是相干的还是非相干的，从而决定了人们是否可以观察到量子干涉效应，如拉比振荡。我们发现的贡献的光谱密度的发色团环境的每个组件：散装溶剂，蛋白质和水结合到蛋白质。每个组分对生色团量子动力学的相对重要性由动力学的时间尺度决定。我们的研究结果提供了一个自然的解释和模型中观察到的不同的时间尺度的光谱密度提取的溶剂化动力学探测超快激光光谱技术，如动态斯托克斯位移和三脉冲光子回波光谱。我们的结果用于定义在什么条件下激发发色团的动力学由周围蛋白质主导以及何时由溶剂中的介电波动主导。我们表明，即使当发色团被屏蔽从溶剂中的蛋白质超快溶剂化可以占主导地位的溶剂。我们认为，最近看到的超快溶剂化在一些生物生色团不一定要分配到超快蛋白质动力学。从我们的连续模型和实验中提取的光谱密度估计表明，大多数电子激发的量子动力学是不相干的。
2007-06-25 cond-mat.soft quant-ph
Deep learning of committor for ion dissociation and interpretable analysis of solvent effects using atom-centered symmetry functions
The University of Osaka（大阪大学）；Institute for Molecular Science（分子科学研究所）；SOKENDAI（综合研究大学院大学）；Kyushu University（九州大学）
本研究利用深度学习和原子中心对称函数分析水中的离子解离过程，通过可解释AI技术揭示溶剂效应的分子机制。
2026-02-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Nanotribology of biopolymer brushes in aqueous solution using dissipative particle dynamics simulations: an application to PEG covered liposomes in theta solvent
我们进行的调查剪切聚合物链接枝在平坦的表面上覆盖聚乙二醇刷作为一个案例研究的有效的药物输送机制，在生物相关的情况下，例如，作为载体的局部治疗疾病的人类血管模型脂质体。对于这些应用，需要特定的流变性质，例如在高剪切速率下的低粘度以改善脂质体的运输。因此，对不同长度和剪切速率的聚合物刷进行了非平衡DPD模拟，得到了θ溶剂条件下体系的平均粘度和摩擦系数随剪切速率和聚合度的变化，发现在大剪切速率下聚合物刷经历剪切变稀，粘度和摩擦系数在θ溶剂中的高剪切速率下服从标度律，而与刷的聚合度无关。这些结果证实了最近的缩放预测和再现非常好的趋势，在高剪切的红细胞在脂质体含有介质中的粘度测量。
2013-10-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular Modeling of Self-assembling Hybrid Materials (PhD Thesis)
采用晶格蒙特卡罗模拟研究了两亲性有机模板剂和无机前驱体在模型溶剂中自组装有序介孔材料的相行为。已经模拟了三类无机前体：末端（R-Si-（OEt）3）和桥接（（EtO）3-Si-R-Si-（OEt）3））有机二氧化硅前体（OSP），以及纯二氧化硅前体（Si-（OEt）4）。通过分析其在溶剂中的溶解度和无机基团的疏溶剂性，研究了每一类。在高表面活性剂浓度下，根据所使用的OSP，可以获得周期性有序结构，例如六边形有序圆柱体或薄片。当使用桥接亲水性OSP时，在更宽范围的条件下获得有序结构，因为在形成材料的相中达到了更高的表面活性剂浓度。只有当有机基团是亲溶剂性时，末端和桥接OSP才产生有序结构。在这种情况下，前体和溶剂之间的部分溶解度或较低的温度有利于有序相的形成。特别感兴趣的是，我们分析了条件的范围离开形成的圆柱形结构，这已根据孔径分布，孔壁厚度，分布和周围的孔的功能性有机基团的可及性进行了评估。还通过应用准化学理论评估了相行为，该理论不能预测有序结构的形成，但证实了当没有观察到有序结构时的模拟结果。两种不同的表面活性剂的相和聚集行为的研究，一个建模的线性链的头部段和其他建模的分支头，使我们能够评估所获得的材料的一些结构差异。
2010-06-04 cond-mat.soft
Breakdown of perturbative weak coupling approaches for the biomolecular energy transfer
我们表明，在缓慢的极化波动的影响下，在溶剂中的生物分子激子动力学不能被描述的方法是扰动的系统浴耦合。为此，我们比较结果的退相干率的激子动力学的恢复微扰理论与数值精确的实时路径积分的结果。我们发现一个数量级的差异，实际缓慢的溶剂环境中的退相干速率，即使在弱耦合制度，而这两个结果相吻合的快速环境噪声。这表明明确的非微扰的生物环境波动的影响，并可能使目前的微扰方法生物分子激子运输值得怀疑。
2009-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Dynamics of polymers in coarse-grained nematic solvents
本研究通过数值模拟结合混合技术，探究各向同性黏度向列溶剂中向列性对聚合物构象与动力学的影响，发现耦合致伸长引发各向异性扩散、中等耦合产生发夹结构，相关DNA实验提供定性支持，为仿生复合材料研发提供依据。
2024-08-12 cond-mat.soft
Influence of solvent polarization and non-uniform ionic size on electrokinetic transport in a nanochannel
本文采用考虑非均匀尺寸效应和溶剂极化效应的平均场论，研究了纳米流体通道中的电渗输运。我们看到，在给定的zeta电位的存在下，离子大小的增强总是降低了电渗速度，从而增加了静电势的大小，无论考虑溶剂极化。同时也证明了溶剂极化使静电势的大小和电渗速度都减小。此外，我们发现增加zeta电位不仅会增加离子尺寸效应，也会增加溶剂极化效应。此外，我们表明，减少体离子数密度的原因在中心线的电渗速度增加。比较了以乙醇为溶剂的电解质和水溶液电解质的性质。最后，我们研究了溶剂极化和离子尺寸对流动电位和电粘滞效应的影响。强调本研究可以提供一个很好的方法来控制纳米流体传输的生物和工业应用过多。
2022-02-14 cond-mat.soft
Coarse-Grain Model for Lipid Bilayer Self-Assembly and Dynamics: Multiparticle Collision Description of the Solvent
提出了一种计算效率高的生物膜介观粗粒模型。它结合了分子动力学模拟的脂质，建模为弹性链的珠，与多粒子碰撞动力学的溶剂。观察到由脂质的均匀混合物形成的膜的自组装。在不同温度下的模拟表明，它再现了凝胶和液体相的脂质双层。在不同阶段的脂质扩散的调查显示，在很长一段时间内从亚扩散到正常扩散的交叉。宏观膜性能，如拉伸和弯曲弹性模量，直接从介观模拟确定。测定并分析了膜流的速度关联函数。
2012-04-27 cond-mat.soft
Solvent control of crack dynamics in a reversible hydrogel
可逆生物聚合物水凝胶的抗断裂性是食品凝胶的切割/切片和食用特性的重要控制因素。这对于它们在组织工程中的利用也是至关重要的，对于组织工程，需要对封装的组件进行机械保护。它的负载率的依赖性，最近，对密度和强度的交联已被调查。但至今没有注意到溶剂和环境效应。在这里，我们报告了一个系统的研究在水/甘油混合物中的明胶凝胶的裂纹动力学。我们在这个模型系统上表明：（i）增加溶剂粘度减缓裂纹;（ii）用溶剂浸泡显着增加凝胶脆性;（iii）调整（混溶）环境液体的粘度通过裂纹尖端附近的扩散入侵影响裂纹扩展。结果表明，断裂是由粘塑性链拔出引起的。这种机制，以及相关的现象，应该是共同的所有可逆交联（物理）凝胶。
2006-05-16 cond-mat.soft
Accelerated Collapse Kinetics of Charged Polymers in Good Solvent: Role of Counterion Condensation
该研究通过粗粒化分子动力学模拟揭示良溶剂中反离子凝聚驱动带电聚合物加速坍缩的机制，发现其动态标度指数小于中性聚合物，反离子价态等因素影响坍缩效率，为理解生物分子动力学提供新视角。
2025-04-17 cond-mat.soft
A unified description of solvent effects in the helix-coil transition
我们通过使用基于自旋的模型，结合两种不同的溶剂作用机制，分析了显式溶剂中螺旋-线团转变的问题：通过形成溶剂-聚合物氢键的显性溶剂作用，该氢键可与聚合物内固有的氢键构型竞争（竞争相互作用）和隐含的溶剂作用，其中溶剂-聚合物相互作用通过改变溶剂的活性（非竞争性相互作用）来调节生物聚合物构型。总的自旋哈密顿量由三项组成：“多肽链的广义模型”类型的背景\emph{in vacuo}哈密顿量和两个附加项，它们解释了溶剂作用的上述两种机制。我们表明，在这一水平上的溶剂自由度可以{ \sl明确}和{ \sl确切}跟踪，随后的有效分配功能结合在一个统一的框架中的所有溶剂的影响。通过这种方式，我们能够在不同的缓冲液和不同的外部约束条件下解决多肽、蛋白质和DNA的螺旋-卷曲转变。我们的自旋有效哈密顿量适用于处理冷变性、渗透压对冷变性和热变性的影响、疏水效应的复杂温度依赖性等多种现象，并为理解内在无序蛋白及其类似物的行为提供了概念基础。
2014-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Effects of Molecular Crowding on stretching of polymers in poor solvent
我们考虑一个线性的聚合物链在无序环境中的逾渗集团模拟的正方形晶格。无序的环境意味着大致代表细胞中所见的分子拥挤。该模型可以被视为细胞中生物聚合物的最简单表示。我们表明存在的中间状态在拉伸过程中产生的分子拥挤的后果。在恒定距离系综中，力-延伸曲线表现出振荡。我们观察到的概率分布曲线中出现的两个或更多的峰，信号的共存不同的状态，并表明过渡是不连续的，不像在分子拥挤的情况下观察到的。
2009-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hidden Structural Control of Solvent Transport under Soft Jamming
Tokyo Metropolitan University（东京都立大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究揭示了软阻塞系统中溶剂传输受泡沫结构机械响应影响，挑战了毛细管主导的传统观点。
2026-02-17 cond-mat.soft
Bayesian determination of the effect of a deep eutectic solvent on the structure of lipid monolayers
在这项工作中，我们提出了第一个例子的磷脂单分子膜的自组装在空气和离子溶剂之间的界面。低共熔溶剂是一类新型的环境友好的非水室温液体，具有可调的性质，具有广泛的潜在应用，并且能够促进表面活性剂分子的自组装。我们使用化学一致的贝叶斯模型的X射线和中子反射测量表明，这些单分子膜广泛的行为，因为他们在水中。该方法允许确定单层结构，以及单个单层组分的分子体积，而不需要引入水特异性约束。此外，使用这种方法，我们能够更好地理解分析模型中参数之间的相关性。这个非水磷脂单层的例子对于这些溶剂的潜在用途以及我们对生物分子在没有水的情况下如何表现的理解具有重要意义。
2020-05-11 cond-mat.soft
Effective charge, collapse and the critical point of a polyelectrolyte chain
在生物学、生物技术和材料科学中，电荷（PE）控制着无数的现象，但仍然难以理解。考虑到平衡离子在一个孤立的PE链上的吸附，有效电荷的解析表达式-有效的所有链的灵活性，可变盐，在良好的溶剂在所有条件下，在差的溶剂中的扩展（线圈）状态远离临界点，并为凝胶，刷子和其他PE系统在其扩展状态-推导。相边界和第一级崩溃转变的临界点，诱导合作的counterpartial吸附和链构象，计算自洽。PE链的大小被发现是一个单值函数的电荷。
2009-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Small angle neutron scattering contrast variation reveals heterogeneities of interactions in protein gels
用小角X射线（SAXS）和中子（SANS）散射研究了在乙醇/水体系中制备的面筋蛋白模型凝胶的结构。我们表明，面筋凝胶显示从根本上不同的SAXS和SANS配置文件时，溶剂是（至少部分）氘。SANS信号作为溶剂氘代的函数的详细分析表明，在不同的长度尺度的样品氘代的不均匀性。蛋白质的质子（H）和溶剂的氘（D）之间的渐进交换是不均匀的，并且证明了富含H的60 nm大区域。此外，在低蛋白质浓度下，在溶胶状态下，溶剂氘代诱导液/液相分离。互补的生化和结构分析表明，更密集的蛋白质相是质子化，特别是富含谷蛋白，谷蛋白的聚合部分。这些研究结果表明，在面筋凝胶中的H-丰富的区域的存在下，将产生从麦谷蛋白聚合物通过一个紧密的网络的不可交换的分子间氢键的优先相互作用。
2016-05-19 cond-mat.soft
Network-forming phase separation of oppositely charged polyelectrolytes forming coacervates in a solvent
本研究通过流体粒子动力学模拟发现，带相反电荷的聚电解质在半稀溶液中形成渗透网络并以独特规律粗化，揭示了其与液-液相分离不同的形态和动力学机制。
2024-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Dynamics of an asymmetric bilayer lipid membrane in a viscous solvent
双层脂质膜（BLM）是许多生物系统的重要组成部分，在细胞和周围环境之间形成功能屏障。当膜从结构扰动松弛时，松弛的动力学取决于双层结构。我们提出了一个模型的BLM在粘性溶剂中，包括一个明确的描述的“厚”膜，其中单层小叶的厚度的波动耦合到该单层内的脂质密度的变化。我们发现色散关系描述了三种直观形式的双层运动，包括一个模式描述运动的单层间表面没有注意到以前在文献中。两个内在的长度尺度出现，有助于解释的动力学;众所周知的萨夫曼-德尔布鲁克长度和另一个，$\ell_r$，由单层间的摩擦。该框架还允许单层小叶之间的BLM参数的不对称性，这被发现耦合双层运动的动态模式。
2015-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The lock and key model for Molecular Recognition. Is it time for a paradigm shift?
我们回顾了标准的锁和钥匙（LK）模型结合小配体的大吸附剂分子。我们讨论了三个层次的传统LK模型的绑定。在该模型中，结合过程的结合常数或吉布斯能与配体和吸附剂分子的结合位点之间的总相互作用能有关。当溶剂分子存在时，这是生物化学中所有结合过程的情况，我们发现结合的吉布斯能的主要部分可能是由于通过溶剂分子介导的相互作用。这一发现可能会对LK模型在药物设计中的适用性产生重大影响，并且可能需要在这一研究领域的主流范式中进行转变。关键词：锁键模型，结合常数，溶剂效应，亲水效应，分子识别。
2018-06-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
