[发明专利]外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法

说明书

本发明为高分子链在具有吸引作用的表面附近受外力驱动作用下的吸附性质研究提供一种外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法，可以用来研究了外力驱动作用对高分子链吸附性质的影响以及通过构象形变来交叉校验临界吸附点，对高分子的应用具有重要的意义。

技术领域

本发明属于高分子的理论计算与模拟领域，具体涉及外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法。

背景技术

近年来，随着高分子在化学工业和生物领域的应用日益增加，研究控制高分子性质的物理机制对高分子的应用具有重要的意义。从自然界中的天然橡胶、蛋白质到工业应用的胶体、色谱层析法等都与高分子的吸附现象相关，高分子链在吸引表面上吸附特性的研究受到人们的广泛关注。过去对高分子链在具有吸引作用界面上的研究，主要集中在高分子链在表面上的临界吸附温度和构象在吸附过程中的变化。高分子链与表面之间相互作用强度是影响高分子吸附的主要因素，如果表面存在强相互吸引作用，那么高分子链在表面的吸附量增加，高分子链趋于表面附近形成较薄的吸附层；而当高分子链与表面相互吸引作用较弱时，在表面上的高分子链伸展在溶液中形成分子刷。在高分子溶液中增加外力驱动作用将影响到高分子的吸附及吸附态的构象。在高分子链的尾端或中间某一个单体受到外力作用，高分子链的构象受外力大小和方向所影响。因此，高分子链在具有吸引作用的表面附近受外力驱动作用下的吸附性质研究具有重要的意义和应用前景。

伴随高分子物理实验研究的发展，高分子的理论计算与模拟也发展成为了高分子学科的一种重要研究手段。粗粒化分子动力学可以模拟研究高分子链的构象性质和生物大分子的能量及结构。外力对高分子链构象影响也可以采用模拟方法研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法。

本发明所采取的技术方案如下：外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法，包括以下步骤：

步骤一、构建高分子链模型，采用三维的简立方格模型，采用Rosenbluth-Rosenbluth链生长方式随机地生成一条链长为N的高分子链，其中链长为N的高分子链由N个单体组成，在高分子链的生成过程中，每个单体有26个可选择的矢量方向，高分子链中相邻的单体通过键长可涨落的键相连，其键长取值为1、高分子链的两端均为自由，在Z＝0和Z＝D处分别放置一个均质且不可穿透的表面，高分子链被放置在两个平行表面之间，其中表面间距DN^v，其中v为Flory指数0.588，在Z＝0处的表面对高分子链单体具有吸引作用，而在Z＝D处的表面对高分子链不存在吸引作用，高分子链在X和Y方向将满足周期性边界条件，在两个表面间施加一个平行于X轴正方向的均匀外力场，在整个模拟过程中高分子链上的每个单体一直受到该恒定的外力场驱动作用，当构象发生变化时，力的方向始终保持不变，单体与单体之间的相互关系如下：(a)所有单体均满足自回避的条件，即2个单体不能占据同一个格点；(b)键与键之间不允许交叉；(c)非键相邻单体之间仅考虑体积排斥作用；

步骤二、让高分子链做随机的布朗运动，在整条高分子链中随机选择一个单体进行运动，单体在运动时有6个矢量方向{(1,0,0),(-1,0,0),(0,1,0),(0,-1,0),(0,0,1),(0,0,-1)}，当选定的单体在尝试运动后有三种可能的情况，(1)单体尝试运动后，前后两端的键都超出键长范围，尝试运动失败，保留原始位置；(2)单体尝试运动前后两端的键仍然满足键长范围，这种情况下采用键长涨落算法产生新的构象；(3)单体尝试运动后一端的键仍然在允许键长范围，但另一端的键超出键长范围，按协同运动算法，超出键长范围这端的近邻单体依次向前一单体位置运动，直到遇到可以满足键长允许条件的单体为止，从而产生新的构象；