Balance of enthalpy and entropy in depletion forces
添加到溶液中的溶质通常会显著影响从胶体的悬浮或沉淀到生物分子缔合和蛋白质折叠的分子过程。在这里，我们重新审视了有效的吸引力的相互作用，出现在大分子之间和浸泡在溶液中的大分子内的起源，其中含有的溶质，优先排除从大分子界面。直到最近，这些消耗力被认为是熵的性质，主要是由于增加共溶质可用空间的趋势。然而，最近的实验证据表明存在额外的，能量主导的机制。在这次审查中，我们遵循这些不同的机制的新特点。通过编译一组可用的热力学数据的过程范围从蛋白质折叠蛋白质-蛋白质相互作用，我们表明，排除的共溶质可以通过两个不同的机制，在很大程度上与他们的分子特性。对于许多聚合物在低到中等浓度的空间相互作用和分子拥挤效应占主导地位，和机制是熵。相反，对于许多小的被排除的溶质，如天然存在的渗透剂，该机制是由有利的焓，而熵的贡献通常是不利的。我们回顾了这些热力学机制的可用模型，并评论需要新的模型，将能够解释所观察到的耗尽力的全部范围。
2013-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Polymers pushing Polymers: Polymer Mixtures in Thermodynamic Equilibrium with a Pore
我们通过制定二元聚合物混合物的状态方程来研究聚合物从聚合物混合物中分配到纳米尺寸的空腔中，假设两种聚合物组分中只有一种（较小的）可以穿透空腔。通过推导分配平衡方程并数值求解，我们引入了“聚合物-推动-聚合物”的概念来描述非渗透聚合物对渗透聚合物的分配作用。即使在一个非常简单的模型的二元聚合物混合物的聚合物分区到一个孔中示出依赖于在一个复杂的方式上的聚合物混合物的组合物和/或孔隙渗透惩罚。这可能导致增强以及减少分区，由于我们详细分析了两个独立的能量尺度。
2012-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Aqueous Nanoclusters Govern Ion Partitioning in Dense Polymer Membranes
在水溶液中通过响应性聚合物膜和水凝胶对带电分子的吸收和吸附对于软功能材料的开发至关重要。在这里，我们研究简单单原子的划分（Na $^+$，K $^+$，Cs $^+$，Cl $^-$，I $^-$）和一个分子离子（4-硝基酚盐; NP $^-$），电中性聚合物（$N$ -异丙基丙烯酰胺）膜的显水分子动力学模拟模拟力学模拟.在主要的疏水环境中，水分布在多分散水纳米团簇的网络中。团簇的平均大小决定了简单离子的平均静电自能，这些简单离子最好深深地存在于它们内部;因此，我们发现了比使用均匀介电常数的简单玻恩图所预期的大得多的分配比$K\simeq\>$ 10 $^{-1}$。尽管它们的不规则形状，我们观察到，水簇具有普遍的负静电势相对于他们的周围，是已知的水的液体-蒸汽界面。这种潜在的，我们发现隐藏在对称的单原子盐的情况下，可以显着影响较大的带电分子的转移自由能，因为它们的弱水合作用和增加的亲和力界面。因此，与简单离子形成鲜明对比的是，分子离子NP $^-$可以具有比1大得多的分配比，$K\simeq\>$ 10-30（取决于阳离子类型）或甚至超过单价盐的$10^3$，这解释了最近观察到的在致密聚合物网络内催化的NP $^-$还原的增强的反应动力学。这些结果还表明，电离分子甚至可以增强在塌陷的疏水凝胶中的分配，这强烈挑战了传统的简单化推理。
2020-03-20 cond-mat.soft
Thermoresponsivity of poly(N-isopropylacrylamide) microgels in water-trehalose solution and its relation to protein behavior
假设：添加剂通常用于调节大分子构象转变。在添加剂中，海藻糖是一种优异的生物保护剂，在响应性聚合物中，PNIPAM是研究最多的材料。然而，到目前为止，它们的相互作用机制只是暗示，没有直接的调查，而且，至关重要的是，从来没有阐明与蛋白质相比。详细的见解将有助于了解PNIPAM微凝胶在多大程度上可以有效地用作合成仿生材料，以在胶体尺度上再现和研究分离的蛋白质行为及其对与特定共溶剂或共溶质相互作用的敏感性。实验：采用动态光散射法研究海藻糖对PNIPAM微凝胶溶胀行为的影响;采用拉曼光谱法和分子动力学模拟从分子尺度上探讨溶胀-去溶胀转变过程中溶剂化和动力学的变化。调查结果：强水合海藻糖分子与PNIPAM微凝胶形成水介导的相互作用，从而在过渡区以下和以上保持聚合物水合，同时显著抑制聚合物及其水合壳的局部运动。我们的研究，第一次，表明，减缓动力学和优先排斥的主要机制，海藻糖的PNIPAM微凝胶的效果，在不一致的优先吸附醇，但在海藻糖蛋白质系统中观察到的行为完全类似。
2022-02-20 cond-mat.soft
Partitioning of a polymer chain between a confining cavity and a gel
电解质溶液中带电聚合物统计力学的格点场论方法[S.松切夫河D. Coalson和A. Duncan，Phys.Rev.E60，4257，（1999）]被应用于研究包含在球形空腔中但能够扩散到周围凝胶中的聚合物链。空腔和凝胶之间的聚合物链的分布由其分配系数来描述，该分配系数被计算为链中的单体的数量、单体电荷和溶液中的离子浓度的函数。
2007-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Partitioning of a polymer chain between two confining cavities: the role of electrostatic interactions
用格点场论方法研究了电解质溶液中带电聚合物的统计力学[S.松切夫河D. Coalson和A. Duncan，Phys. Rev. E { \bf{60} }，4257，（1999）]被推广到聚合物格林函数中基态优势不适用的情况。完整的平均场方程的系统推导，并具有唯一的解决方案。该方法适用于问题的带电高斯聚合物链限制在由两个熔融球定义的区域内移动。在一定条件下，即使在大量单体的限制下，基态优势的概念的失败被证明。
1999-12-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Partitioning Law of Polymer Chains into Flexible Polymer Networks
The University of Tokyo（东京大学）；Hokkaido University（北海道大学）；ZEN University（禅大学）
本研究通过模型水凝胶实验揭示线性聚合物链进入柔性网络的分配比仅由链回转半径与网络特征网格尺寸之比决定的普适定律，并建立了无标记非接触测量方法。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Isotropic-nematic phase transition in suspensions of filamentous virus and the neutral polymer Dextran
我们提出了一个实验研究的各向同性的相变在带电的半柔性杆（fd病毒）和中性聚合物（葡聚糖）的水溶液混合物。完整的相图是根据离子强度和聚合物分子量测量的。在高离子强度下，聚合物的加入拓宽了各向同性相和非各向同性相的共存区域，聚合物优先分配到各向同性相中，而在低离子强度下，聚合物的加入对相变没有影响。双折射测量确定的双折射序参量，并发现是独立的聚合物浓度（或等效的吸引力的强度）。实验结果与现有的理论预测的各向同性的吸引相互作用杆中的相变进行了比较。
2004-02-12 cond-mat.soft
Cross-linker effect on solute adsorption in swollen thermoresponsive polymer networks
聚合物网络内的选择性溶质分配对于其中需要在响应性水凝胶中控制释放或摄取溶质的应用是至关重要的。在这项工作中，我们研究的影响，交联的溶质吸附在溶胀的聚合物网络的全原子，明确的水分子动力学模拟。我们专注于一个代表性的网络亚基组成的聚（$N$ -异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）和$N$，$N'$ -亚甲基双丙烯酰胺（BIS/MBA）交联剂类型。我们所研究的系统由一个BIS-连接器与四个无规PNIPAM链连接在一个四面体几何。检查了低浓度限值下几种不同极性的代表性溶质在连接体区域的吸附。我们细分的溶质吸附区域，并区分来自聚合物链和交联部分的贡献。与单个聚合物链相比，我们观察到溶质对交联区域的吸附可以显著不同，具体情况取决于特定化合物的大小和极性。特别是，对于已经对PNIPAM链具有相对大的亲和力的溶质，密集的交联区域（其中多体吸引起作用）将局部吸附放大一个数量级。我们还发现，交联区域可以作为种子的相互吸引的溶质在较高的溶质浓度的聚集。利用理想化宏观聚合物网络的平均场模型中的微观吸附系数，我们将这些结果外推到溶胀水凝胶中的全局溶质分配，并预测这些吸附特征可能导致非单调分配比作为函数。交联密度。
2019-04-03 cond-mat.soft
Directed-polymer systems explored via their quantum analogs: General polymer interactions and their consequences
各种类型的聚合物-聚合物相互作用的热力学，结构和住宿的拓扑约束的影响被解决的系统，包括许多定向聚合物在两个空间维度。该方法基于两个空间维度中定向聚合物的经典平衡统计力学与一个空间维度中粒子的时间-时间量子动力学之间的众所周知的等效性，该等效性最初由P. G. de Gennes [J.化学物理学\ { \bf 48}，2257（1968）]。已知的结果，关于两个精确可解的微观模型的量子粒子在一个空间维度上移动--Lieb-Liniger模型的接触相互作用和Calogero-Sutherland模型的远程相互作用-被用来阐明相应的聚合物系统的行为。此外，玻色化技术被用来揭示如何通用聚合物相互作用引起的紧急聚合物流体，具有普遍的集体激发。比较简单不相交流体（即，noncrossing，但在其他noninteracting）定向聚合物，探讨了在配套文件中，一般相互作用定向聚合物流体的响应表明，结构是定量不变的一般相互作用的线上横向的针，是定性不变的一般相互作用在整个系统的范围的两个维度。此外，自由能成本与引脚分区系统具有通用的相互作用被发现是成比例的引脚分区成本为系统的简单noncrossing聚合物。
2013-07-02 cond-mat.soft
Two-chamber lattice model for thermodiffusion in polymer solutions
当将温度梯度施加到聚合物溶液时，由于热扩散（Soret效应），聚合物通常迁移到流体的较冷区域。然而，在最近的聚（环氧乙烷）（PEO）在混合的乙醇/水溶剂中的热扩散实验中，观察到，对于一些溶剂组合物的聚合物迁移到冷侧，而对于其他组合物，它迁移到温暖的一面。为了理解这种行为，我们已经开发了一个两室晶格模型的方法来研究热扩散在稀聚合物溶液。对于一个短的聚合物链在一个不可压缩的，单组分的溶剂，我们得到准确的结果之间的温暖和寒冷的室的聚合物的分区。为了描述PEO，乙醇和水的混合物，我们已经扩展了这个简单的模型来解释PEO和水分子之间的可压缩性和氢键。对于这个复杂系统，我们得到的组合物在温暖和冷却室，使我们能够计算Soret系数给定的温度，压力和溶剂组合物的近似结果。Soret系数的符号被发现从负（聚合物富集在温暖的区域）到正（聚合物富集在较冷的区域）的溶液中的水含量的增加，在协议的实验数据。我们还研究了Soret效应的温度依赖性，发现温度的变化可以引起Soret系数的符号的变化。我们注意到溶剂的质量和两个腔室之间的聚合物的分区之间的密切关系，这可以解释为什么聚合物的负Soret系数是如此罕见的观察。
2003-04-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of Confinement on Solvent-driven Infiltration of Polymer (SIP) into Nanoparticle Packings
在聚合物基体中含有高体积分数（> 50vol%）的纳米颗粒（NP）的纳米复合膜具有作为结构涂层的功能和用途的前景，并且还提供了理解强约束下的聚合物行为的独特平台。在此之前，我们开发了一种新的技术，在室温下使用溶剂驱动的聚合物（SIP）渗透到NP包装制造这样的纳米复合材料。在SIP工艺中，由下面的聚合物膜和NP的致密填料制成的双层暴露于溶剂蒸气，这引起溶剂冷凝到填料的空隙中。冷凝的溶剂塑化下面的聚合物膜，诱导聚合物渗透到NP填料中的溶剂填充的空隙中。在这项工作中，我们研究了限制SIP的动力学和最终分配的NP填料的间隙的聚合物的效果。我们发现，虽然在SIP渗透的动态是强烈依赖于禁闭，渗透的最终程度是独立的禁闭。渗透的时间服从幂律约束，如由链尺寸和孔径的比率定义的。定性地说，所观察到的时间尺度是由于浓度制度的变化，渗透的进行，这导致随着时间的推移，在系统中的特征长度尺度的变化。当孔中的浓度超过临界重叠浓度时，聚合物的特征长度尺度不再是整个链的特征长度尺度，而是小于孔径的相关长度。因此，在很长一段时间，渗透的程度是独立的约束比。此外，聚合物和纳米颗粒之间有利的表面相互作用增强了分配到NP填料中。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tuning the Selective Permeability of Polydisperse Polymer Networks
我们研究的渗透性和选择性（“渗透选择性”）的模型膜制成的多分散聚合物网络的分子渗透剂的运输，使用粗粒度，隐式溶剂的计算机模拟。通过计算膜内的平衡渗透剂分配比$\mathcal K$和渗透剂扩散率$D_\text{in}$，使用溶液-扩散模型$\mathcal P = {\mathcal K}D_\text{in}$、$\textit{i.e.}$在线性响应水平上确定渗透率$\mathcal P$。我们改变两个关键参数，即单体-单体相互作用，它控制网络的膨胀和崩溃的程度，和单体-渗透剂相互作用，它调整渗透剂的吸收和微观能量景观的扩散运输。分配比$\mathcal K$的结果覆盖四个数量级，是非单调的参数，这是很好地解释了二阶维里扩展的自由能转移一个渗透剂从散装到聚合物介质。我们发现，在多分散网络中的渗透剂扩散率$D_\text{in}$，在高度有序的膜结构相比，表现出相对简单的指数衰减，并遵守众所周知的自由体积和Kramers的逃逸标度律。因此，最终得到的渗透率$\mathcal P$类似于分配的定性功能行为（包括最大化和最小化）。然而，分区和扩散是反相关的，产生大量的量化取消，控制和微调的网络密度和相互作用合理化我们的标度律。因此，我们最终证明，即使是很小的变化，半个$k_\text{B}T$的助溶剂网络相互作用，$\textit{e.g.}$，修改渗透选择性的膜几乎一个数量级。
2020-04-20 cond-mat.soft physics.comp-ph
A method to quantify molecular diffusion within thin solvated polymer films: A case study on films of natively unfolded nucleoporins
我们提出了一种方法来探测分子和纳米粒子扩散薄，溶剂化聚合物涂层。该装置利用了在紧密接触的平面和半球形表面（其中至少一个表面涂覆有聚合物）之间的界面处形成的具有良好限定的几何形状的限制，并使用这种限制来分析扩散过程，而不干扰与本体溶液的交换和扩散。用这种方法，我们称之为平面球限制显微镜（PSCM），关于聚合物涂层和散装液体之间的分子的分区的信息也得到了。由于受限的几何形状，扩散和分配可以在单个实验中映射为涂层的压缩和浓度的函数。该方法是通用的，可以与传统的光学显微镜集成，因此应该发现在许多应用领域利用功能聚合物涂层的广泛使用。我们证明了使用刷的天然未折叠的核孔蛋白结构域丰富的苯丙氨酸-甘氨酸重复序列（FG域）的PSCM。已知FG结构域的网状结构负责核转运受体（NTR）及其大分子货物穿过分离活细胞的胞质溶胶和细胞核的核膜的选择性转运。我们发现，选择性的NTR吸收FG域膜依赖于FG域浓度敏感，NTRs与FG域的相互作用阻碍NTR运动只有适度。这些观察有助于重要的信息，以更好地了解选择性NTR运输的机制。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
MARTINI Coarse-grained Force Field for Thermoplastic Starch Nanocomposites
本文基于全原子模拟开发了热塑性淀粉及TMA-MMT复合材料的MARTINI粗粒化力场，通过优化交叉相互作用准确复现结构与热力学性质，验证了模型的稳健性。
2024-06-07 cond-mat.soft
Semiflexible Filamentous Composites
受自然界中普遍存在的复合丝状网络的启发，我们研究了由相互连接的柔软和坚硬的细丝组成的生物聚合物网络模型。三维数值模拟使我们能够探索刚性和松弛部分c_s和c_f之间的应力和应变的微观分配，并揭示了刚性聚合物的力学行为和相对分数之间的非平凡关系：当几乎没有刚性聚合物时，未膨胀的刚性"内含物“通过包围的松软基质而被保护免于大变形，而在刚性材料的更高分数下，刚性网络独立地扩展并且主导机械响应。
2010-08-30 cond-mat.soft q-bio.BM
Aggregation dynamics of methacrylate binary and ternary biomimetic polymers in solution
使用详细的原子模拟，我们探索了仿生抗菌（AM）二元甲基丙烯酸酯共聚物形成的聚集体的构象景观，考察了疏水性和带电性官能团对聚合物聚集体形态的影响，以及极性官能团的引入对聚合物聚集体形态的影响，并通过考虑聚合物主链上的无规和嵌段序列，研究了组成官能团的序列对聚合物聚集体构象的影响，结果表明：嵌段二元共聚物形成大的球形聚集体，疏水基团被带电基团有效地屏蔽。相比之下，无规二元共聚物倾向于形成更多的具有暴露的疏水基团的斜纹状结构。二元聚合物的强聚集主要是由疏水基团之间的吸引相互作用驱动的。然而，用总体电荷中性的极性基团取代一些疏水基团会大大削弱聚集体，导致构象波动增加，形成松散堆积的开放聚集体，特别是在无规三元聚合物的情况下。相互作用能计算强烈表明，极性基团的作用是双重的：（1）降低疏水基团的可能的强局部浓度并沿聚合物主链涂抹疏水性以增加聚合物的溶解度（2）以通过与带电基团形成吸引性静电相互作用来补偿吸引性疏水相互作用的损失，并有助于聚集形成，尽管很弱。该研究阐明了在AM试剂在溶液相中相互作用的方式中包含极性基团的功能可调的作用，这可以最终决定它们在细菌和哺乳动物膜中的分配行为。
2020-02-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Non-Additive Ion Effects on the Coil-Globule Equilibrium of a Generic Polymer in Aqueous Salt Solutions
Shiv Nadar Institution of Eminence（Shiv Nadar卓越学院）
通过通用聚合物的原子模拟，发现非特异性聚合物-离子和聚合物-水相互作用足以再现弱水合和强水合阴离子混合溶液中的非加和性盐效应。
2026-06-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
