On the Molecular Origin of the Cooperative Coil-to-globule Transition of Poly(N-isopropylacrylamide) in Water
通过原子分子动力学模拟，我们调查的行为聚（N-异丙基丙烯酰胺），PNIPAM，在水中的温度低于和高于下临界溶解温度（LCST），包括过冷制度。在LCST的水溶性和不溶性状态之间的过渡被描述为一个合作的过程，涉及分子内的线圈到球的过渡之前的链的聚集和聚合物沉淀。在这项工作中，我们调查的分子起源，这种协同性和在过冷聚合物溶液中的水合模式的演变。在243至323 K的温度区间内，研究了无规立构30-mer在高稀释度下的溶液行为，与现有的实验数据进行了有利的比较。在PNIPAM水溶性状态下，我们检测到聚合物链段动力学和结合水的扩散运动之间的相关性，发生相同的活化能。模拟结果表明，以下的线圈到球的转变温度PNIPAM是由氢键水分子的网络包围，并从结构的水簇在疏水基团附近的协同性产生。相应地，涉及水和酰胺基团的氢键模式的扰动发生在转变温度以上。总之，这些研究结果表明，即使在LCST以上的PNIPAM仍然在很大程度上水合和线圈到球的转变是与一个显着的重排的溶剂在聚合物的表面附近。PNIPAM异丙基周围的水的氢键之间的比较和散装显示在整个转变温度的疏水性聚合物-水界面处的溶剂的结构化降低，正如预期的那样，因为沿着这样的界面的链的拓扑延伸。
2019-02-08 cond-mat.soft
The role of charge content in the two-step deswelling of Poly(N-isopropylacrylamide)-based microgels
聚（N-异丙基丙烯酰胺）基微凝胶是在接近环境温度下经历体积相变（VPT）的软胶体。虽然广泛用于基础研究和应用目的，在VPT发生的微凝胶内部结构的修改尚未完全理解，特别是关于静电的作用。在这里，我们详细研究，实验和数值模拟，丙烯酸（AAc）共聚单体的加入对微凝胶消溶胀过程的影响。通过结合粘度法，光散射和电泳，我们表明，逐步加入的AAc增加了微凝胶质量，并抑制VPT的发生，逐步转移微凝胶崩溃到更高的温度。最重要的是，它还高度增强了这些亚微米尺寸网络的两步去溶胀，因此内核在温度总是低于标记外日冕过渡的温度下塌陷。这些结果表明，发生的微凝胶的本体和表面之间的电荷密度失配的净增加。数值模拟充分证实了这种情况，并澄清了电荷分布对两步去溶胀的影响，移动抗衡离子有效地屏蔽了内核内的电荷，同时使更多的单体电离在表面上。我们的工作明确地显示了静电相互作用如何影响热敏微凝胶在接近VPT的水环境中的行为。
2022-08-25 cond-mat.soft
Phase Behavior of Poly(N-isopropylacrylamide) Nanogel dispersions: Temperature Dependent Particle Size and Interactions
利用静态和动态光散射技术研究了聚（N-异丙基丙烯酰胺）纳米粒子在水溶液中的相行为。通过对稀分散体的动态光散射测量所确定的颗粒直径d显示，随着温度的变化，颗粒的尺寸从25 ℃下的273 nm减小到40 ℃下的114 nm，在32.4 ℃下颗粒体积突然塌陷（体积相变）。此外，发现这种纳米颗粒分散体在体积相变之外变得浑浊。静态光散射测量结果表明，在中等浓度和高浓度下，样品分别呈类液体有序和结晶有序。当作为温度的函数监测时，结晶样品的布拉格峰的强度显示在26.2 ℃下晶体到液体的转变和在31 ℃下流体到流体的转变。熔化的发生在体积分数为0.85，并在整个流体到流体的过渡数密度的变化的情况下，表明粒子间的相互作用是排斥性的软球低于体积相变。聚（N-异丙基丙烯酰胺）纳米凝胶悬浮液的相行为的报告结果进行了讨论，在本结果的光。
2008-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sequence-Defined Phase Behavior of Poly(N-Isopropylacrylamide-co-Acrylamide) in Water
本文通过全原子分子动力学模拟研究八种不同序列的聚(NIPAM-co-AM)共聚物在水中的热响应行为，揭示LCST与平均嵌段长度的强相关性，并发现部分序列同时具有LCST和UCST，为热响应共聚物设计提供新思路。
2025-08-08 cond-mat.mtrl-sci 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
All-atom REMD simulation of poly-N-isopropylacrylamide thermodynamics in water: a model with a distinct 2-state behavior
聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是一种温敏聚合物，是软机敏材料的重要组成部分。在纯水中，当在$\approx$ 305 K下加热时，它经历从溶胀到塌陷状态的相变。这种有趣的聚合物行为已经进行了大量的计算机建模研究，主要是用第一次工作中提出的原始OPLS力场进行描述，其中观察到定性正确的行为。尽管如此，通过采用融合复制交换分子动力学模拟，我们在PNIPAM 30 mer上证明，这种广泛使用的力场无法描述相变热力学。我们发现原因是聚合物的疏水-极性特性的差平衡。我们已经开发和测试了三个新的力场OPLS1.2x，QM 1和QM 2，它们都表现出两种状态的行为，并合理地再现实验的低临界溶解温度和转变热力学。发现QM 2的性能最好，建议用于未来的PNIPAM研究。最后，通过对20、30和40聚体链的模拟，研究了高分子链长对塌缩转变热力学的影响。与实验数据相一致，每个单体单元的转变焓仅随链长的增加而微弱增加。然而，计算的转变焓比实验量热法值小约一倍。
2018-06-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
The conformation of thermoresponsive polymer brushes probed by optical reflectivity
我们描述了一个基于显微镜的光学设置，使我们能够进行空间和时间分辨的测量的光谱反射率的透明基板涂敷的薄膜。应用该技术研究了由聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝到玻璃上制成的温敏聚合物刷在水中的行为。我们表明，光谱反射率测量产生的构象和轴向结构的刷子作为温度的函数的定量信息。我们研究了分子参数（接枝密度、链长）对刷状聚合物水化状态的影响，为在聚合物的低临界溶解温度附近发生垂直相分离提供了为数不多的实验证据。聚（N-异丙基丙烯酰胺）刷循环温度后的滞后行为的起源也澄清。因此，我们证明，我们的光学技术允许刺激响应聚合物层的深入表征，这对于智能聚合物涂层在驱动，门控或传感应用中的合理设计至关重要。
2016-03-24 cond-mat.soft
Stimuli-responsive behavior of PNiPAm microgels under interfacial confinement
微凝胶的体积相变是刺激响应性的最典型的例子之一，能够通过外部刺激从高度溶胀的微凝胶状态塌陷成密集的卷曲状态。虽然在散装的特点，它仍然不清楚如何的相变是受限制界面的存在。在这里，我们证明了温度诱导的体积相变的聚（N-异丙基丙烯酰胺）微凝胶，传统上被认为是聚合物的固有分子特性，实际上在很大程度上抑制微凝胶吸附到空气/液体界面时。我们进一步观察到的核心形态和加热和冷却循环之间的界面压力的滞后。我们的研究结果，支持分子动力学模拟，揭示了悬挂的聚合物链的微凝胶颗粒，在表面张力的影响下，在界面处传播，不进行任何体积相变，表明负责体积相变的自由能平衡从根本上改变界面限制。这些结果意味着，这样的系统，包括温度引起的乳液不稳定的重要技术性能不会发生通过减少微凝胶的界面覆盖。
2019-07-26 cond-mat.soft
Thermoresponsive micropatterned substrates for single cell studies
我们描述了设计的微图案化的表面单细胞研究，基于温敏聚合物刷。我们表明，刷制成的聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝在高表面密度显示优异的蛋白质和细胞的抗粘附性能。这样的刷子很容易通过深紫外光刻法在微米级图案化。适当选择的粘合剂图案形状，结合PNIPAM的温度依赖性溶胀特性，使我们能够使用聚合物刷作为微致动器，当温度降低到32摄氏度以下时，诱导细胞分离。
2011-11-10 cond-mat.soft
Protein-like dynamical transition of hydrated polymer chains
结合不同分辨率的弹性非相干中子散射实验和分子动力学模拟，我们报道了聚（N-异丙基丙烯酰胺）线性链中类似蛋白质的动力学跃迁的观测结果.我们确定了转变的起始温度为$T_d$约225 K。由于一种新的全球拟合程序，我们发现在所有温度和时间分辨率的测量和计算的聚合物均方位移之间的定量协议。我们的研究结果证实了在水环境中的大分子系统中的动态过渡的一般性，独立的内部聚合物拓扑结构。
2021-03-10 cond-mat.soft
Thin films of PS/PS-b-PNIPAM and PS/PNIPAM polymer blends with tunable wettability
制备了聚苯乙烯（PS）与温敏性高分子聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）及其嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PS/PNIPAM）的共混物薄膜，研究了共混物的表面形貌和温敏性润湿行为。将PS/PNIPAM和PS/PS-b-PNIPAM的共混物在各种干燥条件下旋涂在平坦的硅表面上。薄膜的表面形态取决于共混比和干燥条件。PS/PS-b-PNIPAM膜没有显示出它们的水接触角随温度的增加，正如PNIPAM嵌段的存在所预期的那样。所有的PS/PNIPAM薄膜显示出增加的水接触角以上的PNIPAM的低临界溶解温度，这取决于在共混物中的比例PNIPAM，是不敏感的干燥条件的膜。PS/PS-b-PNIPAM和PS/PNIPAM膜的润湿行为之间的差异是由于PNIPAM链在膜中的排列。
2019-05-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dynamic Light Scattering Study of Temperature and pH Sensitive Colloidal Microgels
通过动态光散射研究了分散在水中的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）和聚（丙烯酸）（PAAc）互穿聚合物网络（IPN）组成的微凝胶颗粒。的温度，浓度和pH值依赖性的弛豫时间的研究已经突出了存在的热可逆转变对应的膨胀收缩体积相变。PAAc的存在相对于PNIPAM的温度敏感性引入了额外的pH敏感性，并导致在酸性和中性pH下的转变过程中的有趣差异。
2022-06-11 cond-mat.soft
Water-polymer coupling induces a dynamical transition in microgels
最近在非生物大分子中也发现了长期争论的蛋白质动力学转变，例如聚-N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）微凝胶。在这里，通过使用原子分子动力学模拟，我们报告了在这些系统中的动力学跃迁的分子起源的描述。我们表明，PNIPAM和水动力学低于动力学转变温度Td的甲基旋转和氢键，分别占主导地位。通过与本体水的比较，我们明确地确定PNIPAM-水氢键的主要负责发生的转变。观察到的现象，因此至关重要地取决于水-大分子耦合，相关的广泛的一类水合系统，独立于生物功能。
2019-03-13 cond-mat.soft
Self-Consistent Field Theory of Brushes of Neutral Water-Soluble Polymers
用有效Flory相互作用参数$χ_{eff}(T,ϕ)$描述了由两态模型描述的中性水溶性聚合物刷的自洽场论，该参数依赖于温度T和单体体积分数$ϕ$。在存在和不存在垂直相分离的情况下获得浓度分布、自由端分布和压缩力分布。层内的垂直相分离导致独特的压缩力曲线和浓度曲线的矩对接枝密度的图中的最小值。该分析被明确应用到Karalstrom模型。讨论了聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）刷的相关性。
2003-08-28 cond-mat.soft
Density effects on collapse, compression and adhesion of thermoresponsive polymer brushes
我们探测，使用表面力装置，热响应的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）刷的各种接枝密度，从等离子体活化的云母通过表面引发聚合生长。因此，我们表明，密集的热敏刷崩溃逐渐随着温度的升高，接枝密度极大地影响他们的溶胀能力：溶胀比的刷子，其特征在于溶胀和塌陷状态之间的厚度变化，被发现减少从$\sim 7$到$\sim 3$的接枝链的数量每单位面积的增加。这样的结果，获得了前所未有的分辨率在接枝密度，提供了定性支持的计算门德斯{ \it等人}。[{ \it Macromolecules} { \bf 2005} { \it 38}，174]。我们进一步表明，在相反的溶胀，两个PNIPAM刷之间的粘附似乎是相当不敏感的分子结构。
2009-10-09 cond-mat.soft
Phase behavior and rheology of sticky rod-like particles
我们从半柔性丝状fd病毒和温度敏感聚合物聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）构建胶体“粘性”棒。fd-PNIPAM体系的相图在高盐浓度和低温下变得与离子强度无关，即杆被聚合物空间稳定。然而，随着温度的升高，粘性棒的网络经历溶胶-凝胶转变。比较了fd和fd-PNIPAM悬浮液的粘弹性模量随温度的变化，并测定了离子强度对fd-PNIPAM溶液胶凝行为的影响。对于所有流体和固体样品，频率依赖的线性粘弹性模量可以缩放到通用的主曲线。
2008-11-05 cond-mat.soft
Assessing the pair interactions of pNIPAM microgel particles using optical tweezers
本文利用线光镊实验测量pNIPAM微凝胶颗粒的成对相互作用，并用Hertzian核心-聚合物刷冠层模型揭示其相互作用在接近LCST时变软，与聚合物第二维里系数衰减一致。
2024-10-03 cond-mat.soft
Self-Assembly of Crowded Semiflexible Polymers under Dynamic and Deformable Confinement
University at Buffalo（布法罗大学）；Rutgers University（罗格斯大学）
研究动态可变形环境中半刚性聚合物自组装行为，通过分子动力学模拟发现聚合物浓度、链长和约束程度影响结构有序性，动态约束通过约束变化速率与聚合物移动竞争调控组装。
2026-03-27 cond-mat.soft
Predicting structure and swelling of microgels with different crosslinker concentrations combining machine-learning with numerical simulations
针对聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶内部结构不均、现有平均场方法仅能定性描述其热敏行为的问题，本文结合机器学习与数值模拟，仅利用聚合物密度分布准确预测交联剂的浓度及空间分布（实验未知）与微凝胶完整溶胀行为，为其结构与热力学性质提供新见解。
2025-02-11 cond-mat.soft
Molecular insights on Poly(N-isoproylacrylamide) coil-to-globule transition induced by pressure
采用全原子分子动力学模拟方法研究了聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）在较宽温度和压力范围内的相图。通过利用一个简单的无规立构线性聚合物链模型，我们提供了新的见解PNIPAM线圈到球的转变解决温度和压力所发挥的作用。我们发现，线圈到球的过渡存在到大的压力，经历了一个有趣的再入行为的较低的临界溶液温度随着压力的增加与实验观察。此外，我们报告了在高压下存在一种新的球状状态，再次证实了实验结果：这是其特征在于一个更结构化的水化壳，这是更接近PNIPAM疏水域，相对于大气压对应。我们的研究结果清楚地表明，温度和压力诱导PNIPAM线圈到球的转变，通过不同的分子机制，开辟了一个系统的使用两个热力学参数来调整的过渡位置和相关的溶胀/塌陷状态的属性的方式。
2020-08-21 cond-mat.soft
Confinement-induced fractionation and liquid-liquid phase separation of polymer mixtures
细胞中通过液-液相分离形成的（生物）分子凝聚物已受到越来越多的关注，因为这些凝聚物在生物系统中发挥重要的功能和调节作用。然而，大多数研究集中在纯系统在本体溶液中的行为，从而忽略了限制效应和细胞中存在的众多分子之间的相互作用。为了提高我们的知识，我们进行模拟的二元聚合物混合物的液滴，考虑单分散和多分散的分子量分布的较长的聚合物物种。我们发现，限制诱导的聚合物的空间分离的长度，与较短的移动到液滴表面。这种分配导致液滴中心的局部聚合物浓度的明显增加，这在多分散体系中更为明显。因此，该系统在平均聚合物浓度下表现出液-液相分离，其中本体系统仍处于单相状态。
2022-11-23 cond-mat.soft
Self-organized states of solutions of active ring polymers in bulk and under confinement
本研究通过数值模拟发现活性环状聚合物在受限和不同密度条件下会形成由慢扩散旋转团簇与快速运动环共存的自组织动力学状态，揭示了活性、拓扑与受限作用导致溶液自发分离。
2023-07-28 cond-mat.soft
Transient helix formation in semiflexible polymers without confinement effects
半柔性聚合物的珠-弹簧模型的单体之间的通用相互作用（例如库仑或其他长程径向对称排斥相互作用）诱导初始直的聚合物链中的不稳定性以形成长寿命的螺旋结构。这一机制可以解释刚性（生物）聚合物中螺旋的自发出现，因为链的有效电荷增加。螺旋的形成是独立的化学和扭转势不使用。因此，该方法可用于合成长度为nm-10 $μ$的螺旋弹簧。
2020-09-17 cond-mat.soft
Transfer Free Energies and Partitioning of Small Molecules in Collapsed PNIPAM Polymers
用作纳米载体系统（例如用于药物递送或自适应纳米催化）的功能性水凝胶的设计中的中心量是分配比，其量化聚合物基质对分子物质的摄取。采用全原子分子动力学模拟方法，研究了在低临界溶解温度（LCST）以上的水溶液中，亚纳米级小溶质在塌缩的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）聚合物致密基质中的溶剂化和分配（相对于本体水）.我们研究了溶质的极性和大小对温敏聚合物溶解度的影响。我们表明，非极性溶质从散装水到聚合物的转移自由能是有利的，并在一个很好的近似与溶质的表面积的规模。即使对于小的溶质尺寸变化，分配也可以在数量级上变化。另一方面，溶质的极性性质通常反对转移，至少对于烷基溶质是这样。最后，我们发现在凝胶中的转移自由能和在单个延伸的聚合物链上的吸附自由能之间有很强的相关性，这使我们能够将PNIPAM凝胶的溶胀和塌陷状态中的分配比联系起来。
2019-01-04 cond-mat.soft
Selective solute adsorption and partitioning around single PNIPAM chains
在现代应用中，温敏聚合物结构已成为“智能”功能材料的组成部分。适用于大范围的开发，例如，对于药物递送或纳米催化载体系统，聚合物基质内分子（配体或反应物）的选择性吸附和分配是必须控制和调整以实现所需材料功能的关键过程。为了深入了解这种系统中的纳米级结构和结合细节，我们在这里采用分子动力学模拟的流行的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）聚合物在显式水中的各种代表性的溶质类型的存在下，重点放在芳族模型反应物。我们模拟PNIPAM聚合物链，并探讨其伸长率，立体化学和温度对溶质结合亲和力的影响。虽然我们发现过量吸附通常随着溶质的大小而增加，但对链的温度依赖性亲和力是高度溶质特异性的并且对聚合物伸长率具有相当大的依赖性（即，聚合物溶胀状态）。我们详细阐明了选择性结合的分子机制，并最终提出了如何将结果外推到溶胀聚合物结构（如水凝胶）中溶质的宏观分区。
2016-12-11 cond-mat.soft
Aggregation of theta-polymers in spherical confinement
我们研究了θ聚合物在球形约束下的聚集态转变。这使得系统的研究密度对聚集转变温度的影响，为多达24个单分散聚合物。我们的研究结果表明，在稀制度的解决方案，聚合物可以被认为是孤立的所有温度大于聚集温度，这是示出的密度的函数。由此产生的竞争之间的单聚合物的崩溃和聚集产生的孤立链近似的较低的温度范围。我们提供熵和能量参数来描述有限系统中单分散溶液的聚集转变的密度依赖性和有限尺寸效应。这使我们能够估计在一个球形空腔中的稀释系统的聚集转变温度，使用一些小的，充分稀释的聚合物系统的模拟。
2014-12-03 cond-mat.soft
Equilibrium organization, conformation, and dynamics of two polymers under box-like confinement
受最近的纳米流体实验的启发，我们使用布朗动力学和蒙特卡罗模拟来研究两个聚合物链的构象，组织和动力学限制在一个单一的盒状腔。聚合物被建模为柔性硬球链，并且盒子具有边长为$L$的正方形横截面和足够小以在该维度上压缩聚合物的高度。对于足够大的$L$，系统的行为接近一个孤立的聚合物在一个狭缝。然而，聚合物组织、构象和平衡动力学上的拥挤和限制的组合效应在$L/R_{{\rm g},xy}^*\lesssim 5$时变得显著，其中$R_{{\rm g},xy}^*$是狭缝几何形状的横向回转半径。在这种情况下，在横向平面的质心概率分布表现出一个耗尽区附近的腔中心（除了在非常小的$L$）和4重对称准离散位置。聚合物尺寸随$L$减小而减小主要是由于限制而不是聚合物间拥挤。相比之下，聚合物扩散和内部运动强烈地受聚合物间拥挤的影响。这两种聚合物倾向于占据相对于盒中心的相对位置，它们围绕盒中心相对自由地扩散。定性，这种静态和动态行为显着不同，从以前观察到的两个聚合物的限制到一个狭窄的通道。对于一个适当选择的框宽度的模拟结果是定性一致的结果，从最近的实验研究的两个$λ$ -DNA链局限于一个纳米流体腔。
2021-05-18 cond-mat.soft
Active polymers translocate faster in confinement
本研究结合加州黑虫实验与活性聚合物模拟，揭示通道宽度、推进速度、细丝长度和刚度对受限穿越的调控规律，并用单一无量纲比值统一描述不同逃逸机制。
2025-10-20 cond-mat.soft
Time scale of entropic segregation of flexible polymers in confinement: Implications for chromosome segregation in filamentous bacteria
我们报道了在圆柱形约束中两个重叠链的分离的分子动力学模拟。我们发现，链之间的熵排斥可以足够强，导致隔离的时间尺度是短的扩散相比。这一结果表明，熵驱动力足够强，导致快速细菌染色体分离。
2007-09-07 cond-mat.soft
Overcharging and reentrant condensation of thermoresponsive ionic microgels
研究了温敏性阴离子聚N-异丙基丙烯酰胺（PNiPAM）微凝胶与阳离子$ε$ -聚赖氨酸（$ε$ -PLL）链的络合作用。结合电泳、光散射、透射电子显微镜（TEM）和介电谱（DS）研究了$ε$ -PLL在微凝胶网络上的吸附及其对悬浮液稳定性的影响。我们发现，体积相变（VPT）的微凝胶触发一个大的聚离子吸附。两个有趣的现象与独特的功能发生：一个温度依赖性的微凝胶过充电和复杂的重入冷凝。后者可能发生在固定的聚离子浓度，当温度升高到微凝胶的VPT以上，或通过在固定的温度下增加聚阳离子的数量密度。TEM和DS测量明确地表明，短PLL链吸附到微凝胶上，并作为VPT上方的静电胶。通过进行热循环，我们进一步表明，聚离子诱导的集群是一个准可逆的过程：在我们的实验时间内，大集群形成以上的VPT和部分重新溶解的混合物冷却下来。最后，我们给出了一个证明，所观察到的现象是纯粹的静电性质：离子强度的增加引起的聚离子解吸从微凝胶外壳。
2019-02-07 cond-mat.soft
Spatial organization of slit-confined melts of ring polymers with non-conserved topology: A lattice Monte Carlo study
本文通过晶格蒙特卡洛模拟研究狭缝约束下环状聚合物熔体的空间组织，发现约束增大链尺寸和打结倾向、减少环间连接，可调控网络力学性能，并表明缠结仅源于成对环-环连接。
2023-07-04 cond-mat.soft
Confinement of knotted polymers in a slit
我们研究了结类型对限制在狭缝中的环状聚合物的性质的影响。对于相对宽的狭缝，结越复杂，与相同长度的未打结的聚合物相比，聚合物施加在壁上的力降低得越多。对于更窄的狭缝，情况正好相反。这两个制度之间的交叉是，一阶，在更复杂的结较小的狭缝宽度。然而，结拓扑可以以微妙的方式影响这些趋势。除了聚合物所施加的力，我们还研究了其他量，如单体的密度分布在整个狭缝和各向异性的回转半径。
2010-10-29 cond-mat.soft
Selective molecular transport in thermo-responsive polymer membranes: role of nanoscale hydration and fluctuations
对于广泛的现代软功能材料，亚纳米尺寸的分子（“促渗剂”）通过刺激响应性聚合物膜的选择性转运是所需功能的关键。在这项研究中，我们研究了从非极性到极性的分子和离子的反渗透剂在一个矩阵的崩溃聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）聚合物在水中广泛的分子动力学模拟。我们发现，水分布不均匀的分形簇结构嵌入在纳米尺寸的聚合物基体的空隙。纳米聚集的水作为渗透剂扩散的重要参与者，其通过跳跃机制通过“湿”过渡态进行：渗透剂通过由罕见但决定性的聚合物波动打开的瞬态水通道从一个空隙跳跃到另一个空隙。所研究的渗透剂的扩散率延伸超过近五个数量级，从而使一个明确的非斯托克斯，指数依赖的扩散系数的渗透剂的半径不带电的渗透剂的分析比例关系的制定。带电的反离子（离子）在被大的孤立的水分子团簇捕获时表现不同。最后，我们发现大的能量激活障碍跳跃，这显着依赖于水合状态，从而挑战现有的运输理论。
2018-06-19 cond-mat.soft
Polymer translocation into cavities: Effects of confinement geometry, crowding and bending rigidity on the free energy
采用蒙特卡罗模拟研究了聚合物在空腔中的迁移。将聚合物建模为长度高达N = 601个单体的硬球链，我们使用多重直方图方法来测量聚合物的构象自由能相对于易位单体的数量的变化。然后使用所得的自由能函数来获得聚合物的移位部分的限制自由能。我们的特点的限制自由能的柔性聚合物在腔体中具有恒定的横截面积A为各种腔体形状（圆柱形，矩形和三角形），以及锥形和锥形的锥形腔。自由能与腔体体积和易位聚合物子链长度的标度一般与简单标度参数的预测一致，标度指数的小偏差可能是由于有限尺寸效应。的限制自由能强烈地依赖于腔形状的各向异性，是一个最小的等距腔形状的长度/宽度比的单位。对于易位成无限长的锥体，缩放的自由能与锥角是一致的理论预测采用斑点模型。我们还研究了聚合物弯曲刚度对圆柱形空腔的移位自由能的影响。对于等距腔，所观察到的标度行为与理论预测部分一致。此外，易位到高度不等轴的圆柱形腔导致一个多阶段的折叠过程的刚性聚合物。最后，我们研究了腔体内拥挤剂的影响。我们发现，禁闭自由能随拥挤密度的增加而增加。在恒定的填充分数，这种效果的幅度减少与增加拥挤/单体尺寸比$\geq$ 1拥挤的大小。
2021-03-24 cond-mat.soft
Molecular mechanisms driving the microgels behaviour: a Raman spectroscopy and Dynamic Light Scattering study
基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）的响应性微凝胶由于组成网络的亲水和疏水相互作用之间的竞争而表现出特殊的行为。聚丙烯酸（PAAc）（一种pH敏感性聚合物）在PNIPAM网络内的互穿以形成互穿聚合物网络（IPN）微凝胶，影响这种微妙的平衡和典型的体积相变（VPT），导致其分子性质仍然完全未被探索的复杂行为。本文通过动态光散射和拉曼光谱研究了PNIPAM/PAAc互穿网络微凝胶中VPT的分子机理及其对粒子聚集的影响。我们的研究结果强调，PNIPAM的疏水性增强的PAAc促进粒子间的相互作用的相互渗透，发现一个交叉浓度以上的聚集现象变得相关。此外，我们发现，在与PNIPAM的差异，IPN微凝胶的双步骤分子机制发生后，交叉的VPT，第一个涉及的线圈到小球的过渡典型的PNIPAM和后者相关的PAAc空间位阻。
2019-04-18 cond-mat.soft
Polymer chains in confined spaces and flow-injection problems: some remarks
我们重新审视的经典问题的行为的一个孤立的线性聚合物链在有限的空间，介绍了两种不同的限制制度（{ \it弱}和{ \it强}限制制度，分别）之间的区别。然后，我们讨论了最近的一些实验结果有关的分区个别聚合物到蛋白质孔。我们还将我们的研究推广到支化聚合物的情况下，并研究这些对象到纳米级孔，其中强约束制度起着重要作用的流动注射性能。
2005-06-30 cond-mat.soft
Entropic alignment of topologically modified ring polymers in cylindrical confinement
IISER-Pune（印度科学教育与研究所浦那分校）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）
研究通过引入环状聚合物内部环路实现其在圆柱约束中的熵学对齐，揭示了柔性聚合物中熵相互作用诱导的定向相互作用机制。
2025-11-16 cond-mat.soft
The Influence of Thin Film Confinement on Surface Plasticity in Polystyrene and Poly(2-vinylpyridine) Homopolymer and Block Copolymer Films
嵌段共聚物薄膜由于其自组装成各种微结构的能力而引起了学术界的广泛关注，其中许多具有潜在的技术应用。尽管持续的兴趣，很少的努力集中在塑性和失败的发病，这是这些材料的最终采用的重要因素。在这里，我们使用分层赋予可量化的局部染色薄膜的均聚物聚苯乙烯和聚（2-乙烯基吡啶），以及由苯乙烯和2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物。用原子力显微镜和激光扫描共聚焦显微镜直接观察弯曲引起的损伤，导致识别塑性开始的临界应变。超越我们最初的缩放分析，这里提出的更定量的分析显示厚膜的应变水平与批量测量相当。监测临界应变导致几个观察结果：1.）铸态PS-P2 VP具有低的临界应变，2.）退火缓慢地增加临界应变，因为发生微结构有序化，以及3.）与均聚物类似，铸态和有序膜在约束下均显示出增加的临界应变。
2016-04-22 cond-mat.soft
Segregation of polymers under cylindrical confinement: Effects of polymer topology and crowding
本文用Monte Carlo计算机模拟方法研究了两种聚合物在圆柱形约束下的分凝行为。使用多重直方图方法，测量聚合物的构象自由能F作为质量中心分离距离λ的函数。我们研究了自由能函数的缩放与聚合物的长度，长度和直径的限制圆柱体，聚合物的拓扑结构（即线性与环状聚合物），和移动拥挤剂的包装分数和大小。在没有拥挤的情况下，观察到的F（λ）的标度与使用de~Gennes blob模型和近似的简单模型预测的相似，该模型采用管中重叠链的自由能等于每个在半横截面积的管中的两个孤立链的自由能。模拟被用来测试后一种近似，并显示，它产生差的定量预测。这与一般的有限尺寸效应一起，可能导致F（λ）的标度指数的预测值和测量值之间的差异。对于在拥挤剂存在下的偏析，自由能垒通常随着拥挤填充分数的增加而降低，从而降低了驱动偏析的熵力。然而，对于固定的包装分数，障碍增加的拥挤/单体尺寸比降低。
2018-05-23 cond-mat.soft
Effects of spherical confinement and backbone stiffness on flexible polymer jamming
我们使用分子模拟研究在一个有限的容器中的一个皱巴巴的珠弹簧模型聚合物的干扰，并比较排斥球的干扰。在适当的约束计数后，刚性的开始被认为是均衡地发生在排斥球的情况下。尽管有这种共性，但弯曲容器壁和聚合物骨架键的存在引入了新的机械性能。值得注意的是，这些包括反映材料结构的振动态密度中的附加带，以及壁附近的局部接触数和密度中的振荡，但对于聚合物具有较低的振幅。聚合物具有较少的边界接触，并且这种低密度表面层强烈地降低了整体体积模量。我们进一步表明，体积模量依赖于骨干刚度可以描述的刚度系列模型，并讨论潜在的实验和生物学应用。
2019-05-30 cond-mat.soft
Studying synthesis confinement effects on the internal structure of nanogels in computer simulations
我们研究了液滴的有限尺寸对纳米凝胶颗粒结构的影响，所述纳米凝胶颗粒是由稀释在纳米乳液中的分子聚合物的无规交联合成的。为此，我们使用了珠弹簧计算机模型的聚合物样结构，模拟了受限制的随机交联过程对应的辐射或电化学诱导的交联方法。我们的研究结果表明，强约束下的随机交联可能会导致不寻常的纳米凝胶内部结构，中心区域的密度小于外部区域，而在中等约束下，所得到的结构具有更密集的中心区域。我们分析了形成纳米凝胶颗粒的聚合物网络的拓扑结构，它们的总体结构参数，它们对溶剂质量的响应，并比较了非离子和离子系统的情况。
2019-06-07 cond-mat.soft
SAXS Investigation of Core-Shell Microgels with High Scattering Contrast Cores: Access to Structure Factor and Volume Fraction
为了探索软胶体的致密堆积，散射实验是获得结构因子的理想方法。然而，对于软微凝胶，由于聚合物网络的低对比度和改变形状因子贡献的潜在微凝胶互穿和变形，结构因子的测定是困难的。在这里，我们采用小角X射线散射（SAXS）研究软，温敏微凝胶与聚-N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）壳和金纳米粒子的核心。的金芯的散射占主导地位的散射图案，并允许在广泛的浓度范围内的微凝胶体积分数的精确测定。在高体积分数，我们发现不同的模式与尖锐的布拉格峰，允许提取的结构因子和相结合的紫外-可见光谱的表征。我们的核壳微凝胶独特的散射对比度与SAXS相结合，开辟了研究软微凝胶致密填充的新方法，包括原位研究相变。
2022-06-03 cond-mat.soft
Radial Distribution Function for Semiflexible Polymers Confined in Microchannels
推导了半柔性聚合物在外加电位下端到端距离$\vec{R}$的分布$G(\vec{R})$的解析表达式，以阐明限制对生物分子力学和统计性质的影响.对于抛物型约束的结果是准确的，而对于现实的潜力的自洽的ananadium的开发，使$G(\vec{R})$是明确的，即使是硬壁约束。的理论结果是在很好的定量协议与荧光显微镜数据的肌动蛋白丝限制在矩形形状的微通道。这允许明确地确定持久长度$L_P$和统计特性（例如，Odijk偏转长度$λ$）对沟道宽度$D$的依赖性。结果表明，忽略约束的影响导致一个显着高估的弯曲刚度的细丝。
2006-12-22 cond-mat.soft
Polymer segregation under confinement: Free energy calculations and segregation dynamics simulations
采用蒙特卡罗模拟研究了两种聚合物在圆柱形管中的约束行为。每个聚合物被建模为硬球链。我们测量的自由能的系统，F，作为聚合物，λ的质量中心之间的距离的函数，并检查上的自由能函数的变化的通道直径D和长度L，以及聚合物的长度N和弯曲刚度，κ的影响。对于无限长的圆柱体，F在λ =0时达到最大值，并随λ减小，直到聚合物不再接触。对于柔性链，聚合物沿着圆柱体重叠，以获得低λ，而在λ的某个临界值以上，它们被纵向压缩并且不重叠，同时仍然接触。我们发现自由能势垒高度Δ F/kBT ~ND^{-1.93+/-0.01}。此外，重叠自由能标度为F/k_BT=Nf（lambda/N;D），其中f是由D参数化的函数。对于有限长的沟道，在体积分数φ一定的情况下，自由能垒高度随约束纵横比L/D的增大而增大，在L/D一定的情况下，自由能垒高度随φ的增大而减小。增加聚合物弯曲刚度kappa单调地降低重叠自由能。对于强约束系统，F随λ线性变化，斜率为F '（λ）~-k_BT D^{-beta} P^{-alpha}，其中对于N=200的链，beta约为2，alpha约为0.37。这些指数值与使用简单模型预测的值略有偏差，可能是由于不足以满足定义Odijk机制的条件。最后，我们使用Monte Carlo动力学模拟研究聚合物分离动力学完全灵活的链，并观察分离率随熵力大小的降低而降低。聚合物在随后的分离过程中不会发生构象松弛…
2014-10-09 cond-mat.soft
Packing and ejection dynamics of polymers: Role of confinement, polymer stiffness and activity
本研究通过Langevin动力学模拟发现，聚合物刚性、活性和衣壳几何形状显著影响其包装与喷射动力学，增加活性可加速过程且对半柔性聚合物效果更显著。
2024-07-26 cond-mat.soft
Volume fraction determination of microgel composed of interpenetrating polymer networks of PNIPAM and polyacrylic acid
研究了聚（N-异丙基丙烯酰胺）和聚丙烯酸（PAAc）交联网络组成的互穿聚合物网络微凝胶在四种不同聚丙烯酸用量下的流变性能。PAAc含量和交联度都会改变颗粒的尺寸、质量和柔软度，从而强烈影响体积分数和体系粘度。在此，通过用Einstein-Batchelor方程拟合零剪切粘度从低浓度下的流动曲线导出体积分数，该方程提供参数k以将重量浓度转换为体积分数。我们发现，具有较高PAAc含量和交联剂的颗粒的特征在于较大的k值，因此，当与较软的颗粒相比时，较大的体积分数。从流变学测量得到的包装分数进行了比较，从静态光散射两个PAAc内容揭示了良好的协议。此外，作为包装分数的函数的粘度的行为，在室温下，已突出了Arrhenius的依赖性与低PAAc含量和Vogel-Fulcher-Tammann依赖性的最高调查PAAc浓度合成的微凝胶。与硬球行为的比较表明，随着颗粒柔软度的降低，粘度的增加最急剧。最后，在一个固定的PAAc和在两个不同的温度下，低于和高于体积相变的粘度的体积分数的依赖性，示出了定量的协议与通过动态光散射测量的结构弛豫时间，表明IPN微凝胶的柔软性，可以调整与PAAc和温度，并根据颗粒的柔软性，遵循两种不同的路线。
2022-02-24 cond-mat.soft
Micron-sized silica-PNIPAM core-shell microgels with tunable shell-to-core ratio
纳米尺度的硬核-软壳杂化微凝胶是研究软物质的有前途的模型体系，因为它们能够进行原位光学研究，并且它们的结构/形态可以被设计成多种多样。然而，产生具有可定制的壳-核尺寸比的微米级核-壳微凝胶的方案很少可用。在这项工作中，我们报告的一锅合成协议微米级的二氧化硅-聚（N-异丙基丙烯酰胺）核-壳微凝胶，具有良好的控制壳-核比。小角度光散射和显微镜的2-和3-维组装的合成微凝胶证实，所产生的微凝胶是单分散的，适合于光学调查，即使在高包装分数。
2022-08-24 cond-mat.soft
Confinement induces conformational transition of semiflexible polymer rings to figure eight form
采用蒙特卡罗模拟的半柔性聚合物环在弱球形限制的构象转变为8形，扭曲配置被发现和量化。
2010-04-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Core-shell droplets and microcapsules formed through liquid-liquid phase separation of a colloid-polymer mixture
微胶囊允许从药物到香料的货物的受控容纳、运输和释放。鉴于各种工业对微胶囊和其他核-壳结构的兴趣，存在多种制造策略。在这里，我们报告的方法依赖于混合物的温度响应性微凝胶颗粒，聚（N-异丙基丙烯酰胺）（pNIPAM），和聚合物进行流体-流体相分离。在室温下，这种混合物分离成富含胶体（液体）和贫含胶体（气体）的流体。通过将样品加热到高于微凝胶颗粒急剧收缩并产生更深吸引力的颗粒间势的临界温度，富含胶体相的液滴变得凝胶状。当温度降低回到室温时，这些胶凝胶体颗粒的液滴重新结晶，并且液滴内发生相分离。这种相分离导致富胶体液滴内的贫胶体液滴被连续的贫胶体相包围。气/液/气全水性双乳液在大部分内部液滴逸出之前仅持续几分钟。然而，核-壳液滴的富含胶体的壳可以通过添加盐而固化。该方法仅使用水性组分产生具有由刺激敏感性微凝胶胶体颗粒组成的壳的核-壳结构，使得其对于包封生物材料和制备响应于例如温度、盐浓度或pH的变化的胶囊具有吸引力。
2021-08-02 cond-mat.soft
Polymer translocation: Effects of confinement
本研究通过自回避行走模型与Fokker-Planck方程，分析了锥形通道受限程度对聚合物易位动力学的影响，发现易位时间随有效空间增大而减小并趋于饱和，且可通过调节溶剂条件控制易位过程。
2024-01-09 cond-mat.soft
The confinement free energies of non-ideal branched polymers and ideal unbranched polymers are the same
我们使用降维的方法表明，排除体积相互作用限制在两个平板之间的支化聚合物，在热力学极限，限制自由能和密度分布是相同的理想的线性聚合物具有相同数量的单体和相同的单体板相互作用潜力。由于支化引起的冷凝被由于排除的体积相互作用引起的溶胀精确地补偿。
2008-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Generating forces in confinement via polymerization
本研究探究动态聚合物系统在受限软隔室中通过自组装产生形变力的机制，通过计算模型发现单体释放速率和多价粒子是影响壳体形变的关键因素，为纳米尺度做功的聚合物系统设计提供指导。
2024-11-12 cond-mat.soft
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
Cell-sized confinements alter molecular diffusion in concentrated polymer solutions due to length-dependent wetting of polymers
该研究以单组分聚合物溶液为对象，发现细胞尺寸限域下长链低润湿性聚合物聚集于液滴中心引发异质分布，使中心小分子扩散慢于本体，经分子模拟验证，揭示限域可作为多分散聚合物溶液的结构调控因子特异性调控分子扩散。
2023-03-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
