实验四受限空间中的高分子链穿越纳米管道的Monte Carlo模拟一、实验目的1．了解键涨落算法（BFM）的基本原理；2．观察受限空间中的高分子链穿越纳米管道的动力学过程；二、实验原理结构是材料物理性能的物质基础。不同的物质其结构不同，性能当然也不同。但是性能常常必须通过分子运动才能表现出来。因此，我们必须深切了解分子运动特点，才能建立高分子的结构和性能的内在联系。另一方面，生物体系的研究表明，为了实现和完成细胞功能，蛋白质分子经常必须要穿越水和膜物质形成的界面，例如一些特殊的RNA 分子在复制和传递遗传信息时穿越细胞核膜的过程，DNA分子从病毒注射进入寄主细胞，基因在细菌之间的转换以及抗菌素感染等等。因此，大分子穿越纳米孔（管道）的动力学过程对于生命体系来说是极其重要也是非常普遍的。同时，类似的穿越过程有着很广泛而又重要的科技应用前景，例如DNA组成序列的分析，长链DNA在凝胶电泳中的分离。因此，研究高分子链的穿越机制具有十分重要的理论及实际意义。高分子链穿越纳米管道的动力学行为是极其复杂的过程，受到各种因素的影响，例如分子链的柔性，驱动力的大小，链单元之间以及与管壁的相互作用。由于实验对各种实验条件和参数的控制比较困难，对所取得的结果的分析和理解也有很大的局限性。此时，计算机模拟在大分子穿越纳米管道的动力学之一研究领域发挥着极其重要的作用。Monte Carlo方法在数学上称其为随机模拟（random simulation）方法，随机抽样（random sampling）技术或统计实验（statistical testing）方法。它的基本思想是：为了求解数学、物理、几何、化学等问题，建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解；当所解的问题本身属随机性问题时，则可采用直接模拟法，即根据实际物理情况的概率法来构造Monte Carlo模型；然后通过对模型，或过程的观察，或抽样实验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似值。Monte Carlo方法来模拟高分子物理问题有着更深刻的意义。一般高分子链单元可因热运动而绕其化学键作内旋转，使高分子链的形状不停地发生变化。由于高分子的自由度很大，高分子链的构象数也十分大，导致单个高分子链的构象统计成为十分复杂的问题，这恰恰为Monte Carlo方法提供了很好的研究对象。在高分子物理中，高分子的链式结构是高分子的最基本特征。从普适性地观点出发，当
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