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铅富氧侧吹氧化−还原过程动力学模拟

中国有色金属学报 2022年第10期32卷 3134-3146页

作者：王建松覃贾史欣欣荆涛陈伟黄涛曹战民北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 广西南丹南方金属有限公司河池547000

基于有效平衡反应区概念开发了一个过程模型,用于研究铅富氧侧吹氧化−还原过程动力学。该方法充分考虑了气−渣−金多相反应、传质动力学以及能量守恒。采用简化的流动方程连接各个反应区,假定反应区内达到局部热力学平衡,将热力学计算链... 详细信息

基于有效平衡反应区概念开发了一个过程模型,用于研究铅富氧侧吹氧化−还原过程动力学。该方法充分考虑了气−渣−金多相反应、传质动力学以及能量守恒。采用简化的流动方程连接各个反应区,假定反应区内达到局部热力学平衡,将热力学计算链接到动力学模拟。硫化铅精矿脱硫反应和富铅渣碳热还原反应采用FactSage计算,炉渣和金属的传质系数由数值模拟获得。对实际工业过程中不同时刻的样品进行元素分析和相分析,验证了该模型。当前开发的过程模型,可预测铅富氧侧吹熔炼过程中物相及其成分随时间的变化,有望用于过程控制和智能工厂的建设。

关键词：铅冶炼侧吹炉热力学动力学模拟

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光皮梾木油的水解工艺优化与动力学模拟

中国油脂 2023年

作者：匡曾敏张喻李昌珠肖静晶肖志红李培旺聂素丽晁燕湖南省林业科学院省部共建木本油料资源利用国家重点实验室南方木本油料利用科学国家林草局重点实验室湖南农业大学食品科学技术学院油脂分子构效湖南省重点实验室湖南农业大学长沙现代食品创新研究院

为了优化脂肪酶催化下光皮梾木油的水解工艺，比较了3种固定化脂肪酶和1种游离脂肪酶的水解效果，筛选出水解性能较优的脂肪酶。通过单因素实验考察了反应时间、反应温度、加水量、酶添加量对光皮梾木油水解率的影响，并确定最优条件：... 详细信息

为了优化脂肪酶催化下光皮梾木油的水解工艺，比较了3种固定化脂肪酶和1种游离脂肪酶的水解效果，筛选出水解性能较优的脂肪酶。通过单因素实验考察了反应时间、反应温度、加水量、酶添加量对光皮梾木油水解率的影响，并确定最优条件：以Lipozyme RMIM为水解反应催化剂，反应时间24 h、反应温度60 ℃、加水量(占水油底物质量比)为60%、加酶量(占水油底物质量比)为5%，水解率可达到98.08%。在此基础上进行动力拟合描述该过程，结果表明以Lipozyme RMIM作为催化剂水解时米氏常数Km最小，为0.1084 mL/g，得到米氏方程v=(1.0015[s])/(0.1884+[s])，可以为光皮梾木油水解过程提供动力学理论模型。

关键词：光皮梾木油脂肪酶脂肪酸动力学模拟

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超分子和高分子自组装的动力学模拟研究

高分子学报 2021年第8期52卷 884-897页

作者：朱有亮吕中元吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室

超分子和高分子的自组装是发展新型高性能材料的有力手段.通过自组装构筑多级有序结构,从而显著提高材料的力学、光学或电学性能,是化学和材料科学研究的前沿.然而精确调控自组装需要深入理解范德华、氢键、静电、主客体复合和π-π等... 详细信息

超分子和高分子的自组装是发展新型高性能材料的有力手段.通过自组装构筑多级有序结构,从而显著提高材料的力学、光学或电学性能,是化学和材料科学研究的前沿.然而精确调控自组装需要深入理解范德华、氢键、静电、主客体复合和π-π等相互作用以及动力学机理所扮演的角色.计算机模拟,尤其是分子动力学模拟,为研究自组装结构和演化过程提供了独一无二的手段.本文主要阐述超分子和高分子的多尺度模型和动力学模拟方法,讨论不同模拟方法的特点、适用范围和优势;进一步简述我们发展的定制模型和方法,以及同时提高模型精度和计算效率方面采取的策略.通过总结应用这些方法对超分子和高分子自组装开展的研究工作所取得的进展,为进一步发展自组装动力学模拟方法提供参考.

关键词：超分子高分子自组装动力学模拟

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聚-α-甲基苯乙烯解聚反应的动力学模拟

科学通报 2016年第21期61卷 2371-2379页

作者：于天荣姜万润王波张占文陈素芬李波唐永建王志刚吉林大学原子与分子物理研究所长春130012 吉林省应用原子与分子光谱重点实验室长春130012 中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900

聚合物降解在原子层次上的理论研究是相关于高分子材料反应调控的重要课题．运用引入色散修正的密度泛函紧束缚理论（DFTB-D）方法，对两端不饱和与一端不饱和（c-端不饱和，CH2-端不饱和）共3种典型顺次连接的聚-a-甲基苯乙烯（PAMS）... 详细信息

聚合物降解在原子层次上的理论研究是相关于高分子材料反应调控的重要课题．运用引入色散修正的密度泛函紧束缚理论（DFTB-D）方法，对两端不饱和与一端不饱和（c-端不饱和，CH2-端不饱和）共3种典型顺次连接的聚-a-甲基苯乙烯（PAMS）片段的降解过程进行了原子层次动力学模拟研究．结果显示，PAMS在500～600K的温度环境下，降解都对应于解聚过程，并且单体单元逐一脱落主要发生在链的未饱和端部．进一步的3种片段的电子结构分析均显示，占据在最高占据分子轨道（HOMO）和最低非占据分子轨道（LUMO）的电子主要局域在未饱和一端，这与势能面预测的结论是相符的．此外，动力学模拟的结果也指出，适当的增加温度，能够让解聚反应加快进行．进一步基于DFFB—D方法的C-C键断裂过程的弛豫扫描也清晰地显示，从能量角度，解聚发生在不饱和端也更为容易．此外，自旋布居分析体现了这是与PAMS的电子自旋极化结构紧密相关的．我们希望，当前的理论研究能够对理解聚合物降解机理起到基本的参考作用．

关键词：聚-a-甲基苯乙烯解聚动力学模拟自旋极化原子层次

LSD1抑制剂的2D-QSAR，分子对接和分子动力学模拟研究

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LSD1抑制剂的2D-QSAR，分子对接和分子动力学模拟研究

作者：张渝琪青岛大学

学位级别：硕士

目的:表观遗传修饰对于调节正常生理功能和稳态基因表达至关重要。越来越多的证据表明,表观遗传变异,特别是那些涉及组蛋白的表观遗传变异,参与了各种癌症的发病和进展。组蛋白赖氨酸特异性脱甲基酶1(LSD1)是一种黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD... 详细信息

目的:表观遗传修饰对于调节正常生理功能和稳态基因表达至关重要。越来越多的证据表明,表观遗传变异,特别是那些涉及组蛋白的表观遗传变异,参与了各种癌症的发病和进展。组蛋白赖氨酸特异性脱甲基酶1(LSD1)是一种黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依赖性氨氧化酶,它可以特异性识别H3K4和H3K9底物,并去除它们的甲基修饰。目前研究显示,LSD1在多种肿瘤疾病中均被发现高表达,且表达程度与癌症分级、恶性程度和预后有关。并且使用抑制剂通过阻断LSD1的活性后,可以实现抑制肿瘤细胞的增殖并诱导细胞凋亡或细胞死亡。因此,我们运用定量构效关系(QSAR)、分子对接和分子动力学模拟的方法,目的是开发出高效、特异的新型LSD1抑制剂。方法:1.在CODESSA软件中计算,并基于启发式算法(HM)从描述符池中选择出准确的描述符,并建立多元线性回归模型,预测新型LSD1抑制剂药物的活性。2.利用基因表达编程(GEP)建立了一个具有描述符的最佳非线性定量构效关系(QSAR)模型。3.根据LSD1蛋白质活性位点的残基类型及排除体积等方法构建对应的药效团模型。4.从TCMSP中药数据库中获取中药活性单体分子集,数据库中的化合物与药效团特征依次匹配从而进行虚拟筛选、分子对接分析和ADME预测。根据统一标准的打分评价,选择与药效团特征匹配程度高的化合物研究。5.对化合物与LSD1蛋白质复合物进行分子动力学模拟,以评估验证复合物结合模式的稳定性。结果:1.基于启发式算法(HM)筛选出4个描述符,得到描述符对LDS1抑制剂活性的影响大小排序:补充信息内容>氢键供体原子的表面电荷面积加权表分数>H原子的最小部分电荷>环的相对数量。2.基因表达编程(GEP)结果获得了训练集和测试集的最佳非线性QSAR模型,相关系数分别为0.92和0.80,平均误差分别为0.07和0.60。3.构建出AADDR药效团模型,得到LSD1抑制剂需要具备氢键和芳环这些结构特征。4.基于ADME预测和对接打分结果进行分子对接实验,筛选出一种新型LSD1抑制剂芒柄花苷,且该化合物ADME预测结果为0,表明该化合物具有优秀的药物吸收、分配、代谢与排泄能力。5.分子动力学模拟结果显示,芒柄花苷与LSD1形成复合物的结合模式稳定性良好。结论:本研究构建了2D-QSAR模型和药效团模型,并通过分子对接实验、分子动力学模拟及ADME预测结果得到新型LSD1抑制剂芒柄花苷,并且验证了该药物的稳定性和吸收、分配、代谢与排泄能力。这些发现对LSD1抑制剂作为高选择性的一流临床候选药物的设计提供了新的价值。一旦该模型和药物得到开发和验证,将指导设计出更有效的抗肿瘤药物。

关键词：组蛋白赖氨酸特异性去甲基酶1(LSD1) 定量构效关系(QSAR) 基因表达编程(GEP) 药效团模型动力学模拟

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直线振动筛筛分过程与效果的动力学模拟分析

机械设计与研究 2020年第2期36卷 163-168页

作者：曾乙伦甯尤军西南科技大学制造科学与工程学院四川绵阳621010 西南石油大学机电工程学院成都610500

为探究直线振动筛的筛分过程和机理,基于非连续变形分析(DDA)方法,以ZKR-1022型振动筛为原型创建模拟模型,选取合适的模型参数对直线振动筛的筛分过程进行了动力学模拟,研究了筛面倾角、振幅、振动频率和振动方向角等参数对筛分效果的... 详细信息

为探究直线振动筛的筛分过程和机理,基于非连续变形分析(DDA)方法,以ZKR-1022型振动筛为原型创建模拟模型,选取合适的模型参数对直线振动筛的筛分过程进行了动力学模拟,研究了筛面倾角、振幅、振动频率和振动方向角等参数对筛分效果的作用规律。结果表明:筛面倾角选取7°~8°,筛面振幅选取4.5 mm^5.0 mm,筛面振动频率选取18 Hz左右,振动方向角选取45°时有良好的筛分效果。通过筛分物料的运动轨迹,从运动学角度分析,展现了三种透筛过程和筛上产物的运动过程,揭示了直线振动筛的筛分过程和机理。

关键词：直线振动筛筛分动力学模拟 DDA

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超分子聚集体的构建、调控及动力学模拟

超分子聚集体的构建、调控及动力学模拟

作者：于化杰山东理工大学

学位级别：硕士

近年来,有机超分子荧光材料因具有氧化还原、p H、温度、溶剂极性、黏度等多重响应行为而受到广泛关注。其中,二茂铁因高度的富电子结构和还原态疏水、氧化态亲水的特点,在功能性纳米材料的设计领域具有重要研究价值。其作为超分子聚集... 详细信息

近年来,有机超分子荧光材料因具有氧化还原、p H、温度、溶剂极性、黏度等多重响应行为而受到广泛关注。其中,二茂铁因高度的富电子结构和还原态疏水、氧化态亲水的特点,在功能性纳米材料的设计领域具有重要研究价值。其作为超分子聚集体构筑基元,将会改善分子的亲疏水性能,实现组装体的结构转变。本文主要合成了一系列具有二茂铁基团的有机化合物,包括烷基长链修饰的N,N-二甲基二茂铁基十六烷基甲铵盐(Fc16AB)、蒽基修饰的二茂铁吖嗪(Fc A)、四苯乙烯基修饰的二茂铁-四苯乙烯化合物Fc-TPE,利用超分子自组装策略构建了具有荧光性质的有序聚集体,揭示了其组装机理和聚集方式,并通过添加氧化剂、改变体系p H值、调节含水量或黏度等手段对聚集体的环境响应性和荧光转换行为进行了研究。具体如下:1.基于离子自组装(ISA)策略,将带有不同电荷的表面活性剂Fc16AB与刚果红(CR)染料分子非共价结合,形成了一种具有多重响应性的超分子聚集体CR-Fc16AB。所得聚集体的微观形貌可通过改变水溶液的p H值或添加氧化剂、β-环糊精(β-CD)等手段可控调节,并呈现出球形纤维、棒状胶束、花状纤维等结构。利用动力学模拟对聚集体的组装机理进行了详细研究,证明了CR与Fc16AB分子间的静电力和π-π堆积作用为自组装过程的主要驱动力。此外,聚集体的荧光性质使其可作为有机发光层并在电致发光器件领域具有潜在的应用价值。2.基于π-π堆积作用,以二茂铁表面活性剂分子Fc A与染料分子CR为构筑单元,在油水界面上构建了具有花状超分子结构的组装体CR-Fc A,探索了其氧化还原和p H双重响应行为。聚集体的转换机制由非共价相互作用协同控制,包括π-π堆积和亲/疏水缔合。通过动力学模拟详细研究了自组装机理,提供了单体间的组装方式以及单体和络合物间的吉布斯自由能变。所获得的材料可作为荧光探针,在Cu的存在下,荧光发射强度得到了显著增强。这种基于自组装技术制备的荧光探针为环境监测提供了一种新的策略。3.基于疏溶剂作用,将四苯乙烯基团(TPE)和二茂铁(Fc)基团结合构建了具有聚集诱导增强(AIE)性质的超分子纳米材料Fc-TPE,其微观结构和荧光行为可通过溶剂极性、黏度和氧化还原的的手段进行调控。通过改变混合溶剂的含水量,Fc-TPE组装体表现出一种不同寻常的分散态荧光和聚集态荧光共存的AIE现象。增大体系的黏度,高黏度诱导的溶剂效应使聚集体呈现银耳状形貌。通过理论计算得到了Fc-TPE分子的最佳几何构型和HOMO、LUMO轨道以及电子-空穴分布,为组装体的形成机理和荧光转换机制提供了理论支持。此外,改变溶剂极性或添加氧化剂可控制组装体荧光强度的可逆转变,因此该组装体在荧光涂层工艺中具有较高的应用价值,如背光防伪器件和荧光车牌。

关键词：超分子自组装二茂铁衍生物多重响应性动力学模拟

基于棕榈酰化修饰和膜微环境调节的CD44二聚化动力学模拟研究

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基于棕榈酰化修饰和膜微环境调节的CD44二聚化动力学模拟研究

作者：马子祎河北工业大学

学位级别：硕士

分化簇44蛋白(Cluster-of-Differentiation-44,CD44)是一种Ⅰ型单跨膜细胞表面粘附蛋白,在细胞迁移和癌症侵袭等各种细胞生理病理过程中发挥着重要作用。CD44同源二聚化依赖近跨膜区的半胱氨酸形成二硫键,在信号转导和肿瘤进展中起关键... 详细信息

分化簇44蛋白(Cluster-of-Differentiation-44,CD44)是一种Ⅰ型单跨膜细胞表面粘附蛋白,在细胞迁移和癌症侵袭等各种细胞生理病理过程中发挥着重要作用。CD44同源二聚化依赖近跨膜区的半胱氨酸形成二硫键,在信号转导和肿瘤进展中起关键作用。值得注意的是,相关半胱氨酸位点同时可发生S型棕榈酰化修饰。近期研究发现,棕榈酰化修饰可增强CD44与脂筏结构域的亲和力,导致CD44膜域空间移动,同时使胞外配体结合活性降低,从而抑制细胞增殖及癌化进程;而特异性膜分子磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PIP2)与棕榈酰化具有竞争调控作用,降低CD44与脂筏结构域的亲和力,从而改变棕榈化CD44的膜域分布。由于特异膜分子可影响膜蛋白自组装能力以及特异膜域中的空间流动性,因此深入阐明棕榈酰化修饰和特定的膜微环境对于探究CD44二聚化的潜在分子机制和相关疾病治疗等方面具有重要意义。传统的实验手段难以在原子水平上对蛋白质的作用信息提供精准动态的研究视野。分子动力学模拟,特别是基于Martini粗粒化力场的高通量动力学模拟手段,已经被广泛应用于膜蛋白相互作用的研究中。本文基于Martini粗粒化力场构建了四种蛋白体系:CD44野生型(CD44-WT)、286半胱氨酸棕榈酰化(Pal-286)、295半胱氨酸棕榈酰化(Pal-295)和两个半胱氨酸突变为丙氨酸(C286AC295A)。利用简单的二棕榈酰磷脂酰胆碱(dipalmitoyl-phosphatidylcholine,DPPC)磷脂双分子层和二相态分离含有脂筏的两种膜体系,探究棕榈酰化修饰后的CD44在不同膜环境下的二聚作用和构象,阐明了棕榈酰化、PIP2和脂筏在介导蛋白质同源二聚化中微妙的竞争关系。具体结果如下:一、在DPPC单相态膜中,棕榈酰化修饰会削弱CD44的二聚能力。CD44主要依赖跨膜区286的半胱氨酸快速形成同型二聚体。CD44-WT可以在1.0μs以内快速聚集并形成右手25°构象。Pal-286与CD44-WT相比二聚体构象没有发生改变,但所依赖的氨基酸残基发生变化。Pal-295与CD44-WT二聚体的结合模式一致,二聚体转变成右手35°构象。半胱氨酸突变成丙氨酸后会抑制CD44聚集,表明半胱氨酸在二聚过程中的重要作用。二、在DPPC单相态膜中,PIP2脂质分子会促进CD44二聚化。CD44-WT可以在0.5μs内快速聚集并形成25°右手构象。Pal-286和Pal-295均可以在1.0μs以内快速进行聚集,Pal-286二聚体形成右手30°构象,其依赖的残基序列发生转变。Pal-295二聚体构型模式出现两种:右手25°和左手20°,所依赖的氨基酸区域均发生转变。三、在含有脂筏的双相态膜中,CD44-WT的二聚化能力会被削弱。Pal-295因锚定在脂筏中无法进行聚集。CD44-WT可以在3.7μs后实现聚集,形成稳定单一的右手25°构象。PIP2的添加会加速CD44-WT聚集的发生,释放锚定在Lo区域的Pal-295从而实现二聚化。CD44-WT的二聚体表现出右手25°构象和左手10°的二级构象。Pal-295二聚体的交叉角分布是无序的。上述研究有助于更好地认识不同膜微环境中CD44棕榈酰化对可控二聚化的影响,也为未来靶向药物的研究提供了理论依据。

关键词： CD44蛋白动力学模拟同源二聚棕榈酰化修饰膜环境调控

离子掺杂羟基磷灰石的制备及其药物吸附的实验与分子动力学模拟研究

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离子掺杂羟基磷灰石的制备及其药物吸附的实验与分子动力学模拟研...

作者：蒋晓丹青岛科技大学

学位级别：硕士

羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAp)是人体和动物骨骼的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,被广泛应用在各个领域。人工合成的HAp与天然的HAp具有一定差异,酸性条件下抗腐蚀性能较差、力学性能较弱、稳定性差,通过表面改性、离... 详细信息

羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAp)是人体和动物骨骼的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,被广泛应用在各个领域。人工合成的HAp与天然的HAp具有一定差异,酸性条件下抗腐蚀性能较差、力学性能较弱、稳定性差,通过表面改性、离子掺杂等方法使其具备更优异的性能,可以进一步提高应用的广泛性。本文通过水热法制备了不同形貌的HAp,并对HAp进行不同离子掺杂和聚多巴胺包覆,基于实验和理论计算对HAp作为阿霉素(Doxorubicin,DOX)药物载体进行具体全面的研究。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和比表面积测试仪(BET)对样品的形貌、相组成和比表面积等进行了表征和测试。同时,基于第一性原理和分子动力学模拟研究不同离子掺杂对HAp的晶格参数和载药性能的影响,通过模拟计算为实验的设计和实验结果的分析提供部分理论依据。以Ca(NO)·4HO为钙源,(NH)HPO为磷源,尿素为均相沉淀剂,采用水热法成功制备了不同离子(Zn、Mg、Cu、Fe、Ba、F)掺杂的纳米HAp(nHAp)。nHAp呈现短棒状结构,且离子的掺杂并没有明显改变其形貌和相组成。离子掺杂使nHAp的比表面积和DOX药物的负载率明显提高。在所有样品中,Zn-nHAp拥有较高的比表面积(101.86 m/g),而Ba/F-nHAp样品(比表面积为77.08 m/g)的DOX药物负载率最高为96.28%。所有样品均表现出了良好的DOX的缓释行为,且酸性环境更有利于药物的释放,同样释放时间下Ba-nHAp的累积释放量最高。分子动力学模拟结果表明,DOX与不同样品之间的结合主要是通过DOX分子中氧原子与样品表面Ca形成的Ca-O键来实现的,而Ba-nHAp、Ba/F-nHAp与DOX之间形成了更多的吸附位点,结合能较高,因而药物负载率也高,这与实验结果相一致。因此,样品的载药量不仅取决于比表面积,还与其孔隙结构、药物与样品之间的吸附位点、结合能等因素密切相关。以聚天冬氨酸(Polyaspartic acid,PASP)为螯合剂,采用水热法成功制备了不同离子(Cu、F)掺杂的HAp中空微球。该微球尺寸均匀,约为2-4μm,内部为中空结构,具有较大的比表面积,且离子掺杂没有明显改变HAp中空微球的尺寸和形貌。当多巴胺浓度为2 g/L时可以在微球表面实现均匀完整的包覆,从而获得聚多巴胺(Polydopamine,PDA)包覆的HAp中空微球。虽然经PDA包覆后,样品的比表面积下降幅度较大,但包覆后的样品仍然具有较高的药物负载率。1Cu/1F-HAp-PDA样品的药物(DOX)负载率可达91.2%,且表现出优异的光热转换性能和光热稳定性。分子动力学模拟结果表明,PDA与HAp主要通过Ca-O键形成相互结合,而DOX则主要通过氢键或π-π堆积相互作用与PDA分子间产生结合。

关键词：羟基磷灰石离子掺杂多巴胺药物负载动力学模拟