反應工程與分子模擬的案例
基于反應力場的沖擊波傳播特性分子動力學模擬
沖擊波一維傳播模擬
基于反應力場的超高速碰撞分子動力學模擬
納米粒子小球超高速撞擊具有氧化層的金屬表面
化學反應工程及理想流動反應器PPT
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往期回顧
【杭州】化工廠系統設計技術深度學習高級培訓班
【濟南】2021流動化學技術研究及綠色工藝應用交流研討會
【上?！康诙谥扑幒突そY晶過程控制和結晶工藝開發設計培訓班
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化學反應工程第四章均相理想流動反應器
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【濟南】2021流動化學技術研究及綠色工藝應用交流研討會
【北京】醫藥、化工核磁、液質分析方法研究開發及典型案例解析培訓班
【上海】2021第四屆高濃度化工廢水深度處理及循環利用技術研討會
【上海】第二期制藥和化工結晶過程控制和結晶工藝開發設計培訓班
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基于GROMACS的小分子自組裝分子動力學模擬
模擬了2ns后，自組裝過程基本完成，體系的回轉半徑不再發生明顯變化。
圖4 模擬過程中回轉半徑的變化
從體系的總能量變化（圖5）也可以看出，2ns后體系的能量趨于穩定。
圖5 模擬過程中體系總能量的變化
結語
通過GROMACS模擬，本研究構建并分析了匹格列酮四聚體的自組裝行為，希望為相關科研與工程實踐提供有效參考。
如果您對本案例感興趣，歡迎關注公眾號“320科技工作室”，獲取完整模擬案例與參數文件，或定制屬于您的個性化分子模擬方案！
浙江大學顧臻《ACS Nano》可注射生物降解高分子復合物，遞送葡萄糖反應性胰島素
參考文獻：
doi.org/10.1021/acsnano.0c07291
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化學反應工程第四章均相理想流動反應器
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：仿生啟發的新一代抗植入異物反應高分子材料
植入式生物材料和醫療器械在臨床中有著廣泛的應用，包括組織工程支架，植入假體，藥物緩釋載體，連續血糖檢測器等。這些材料植入體內后會被宿主免疫系統識別，并被認為是外來物，從而在植入體與宿主接觸界面引起一系列免疫反應過程，包括強烈的炎癥反應、異物巨細胞的形成和纖維化，最終導致植入物被纖維膠原包裹，與宿主組織相隔離。這種材料植入后的異物反應阻斷了植入體與宿主之間的物質信號傳遞，切斷了營養傳輸，導致組織變形和病人痛苦，造成植入失敗。而當前報道的抗異物反應材料種類很少，許多材料的合成和制備相對困難。因此，研究和發現生物相容性好、結構簡單且易大量制備的新型抗異物反應材料在生物材料領域具有重要意義。
近期，劉潤輝教授課題組報道了受絲膠蛋白啟發的一類新型抗黏附和抗植入異物反應高分子材料——聚β-絲氨酸（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9586– 9593）。近日，劉潤輝教授課題組報道了結構更為簡單、水溶性高、易合成和易大量制備的新一代抗植入異物反應高分子材料——聚DL-絲氨酸。該研究成果以“Bio-inspired poly-DL-serine materials resist the foreign-body response”為題發表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2021, 12, 5327）。
受絲膠蛋白低免疫原性的啟發，作者推測基于聚L-絲氨酸（P-L-Ser）的材料能夠抗異物反應，但P-L-Ser由于其β-折疊的二級結構導致其難溶于水，溶解度小于0.1 mg/mL，這極大限制了它的應用，這可能是沒有任何P-L-Ser的應用報道的原因。
展開 SCIGRESS--分子動力學及多功能分子設計模擬軟件包
SCIGRESS 先進的分子建模和可視化功能使得研究者可以方便的導入多種實驗方法所得的分子結構，也可以輕松的建立一個新的結構。除了豐富的建模工具外， SCIGRESS也提供了強大的計算引擎和全面的分析工具。
分子動力學計算引擎Materials Explorer是由日本FUJITSU公司開發的一種高效的商業化的多用途分子動力學軟件包。Materials Explorer功能非常強大，有63個力場供選擇，可以用來研究有機物、高聚物、生物大分子、金屬、陶瓷材料、半導體等晶體、非晶體、溶液、流體、液體 和氣體的相變、膨脹、壓縮系數、抗張強度、粘度、熱導率、缺陷等。小分子藥物與生物大分子的對接以及小分子藥物的構效關系一直是計算機輔助藥物設計中兩項 非常重要的內容。Scigress繼承了CAChe的功能，提供了這兩項計算功能。此外，Scigress還包括了使用廣泛的半經驗量化計算模塊。通過 Scigress，研究者可以完成掃描分子勢能面，確定化學反應機理，尋找反應過渡態，分析紅外紫外光譜，明確分子軌道中的電子躍遷，常規分子動力學模 擬，計算眾多材料體系的力學與熱力學性質，模擬晶體的外延生長與表面吸附的動態行為，預測小分子在多孔材料中的分布情況，列舉分子的低能構象，建立藥物分 子的構效關系模型，完成小分子藥物與生物靶標的對接等多種科研任務。
SCIGRESS 實現了Client-Server 構架。研究者可以簡便的利用位于Microsoft Windows 平臺下的界面進行建模和結果分析，把大量的計算任務分配到服務器或計算集群中進行。這樣就使得研究者可以對更大的體系進行更精確的模擬計算。
展開 中科院長春應化所陳學思院士團隊：在錫催化作用下外源性羧基和羥基對高分子量聚乳酸熱解反應的影響
聚乳酸(PLA)是一種可完全生物降解的高分子材料，在醫藥、環保等領域有著廣泛的應用。高分子量PLA通常是通過丙交酯的開環聚合制備。開環聚合是一個可逆反應，因此，PLA的熱解聚也可以重新生成丙交酯。PLA的實際熱降解涉及復雜的反應過程，并且在活性基團、活性鏈端基、殘余單體、殘余催化劑、無機/有機填料、增塑劑、H2O和其他雜質的存在下可以得到增強。PLA的熱解反應是一個被廣泛關注的問題，因為熱解反應對PLA的生產、加工、應用、熱循環和生命周期評價具有重要意義。
基于上述背景，中國科學院長春應用化學研究所陳學思院士課題組采用聚乙二醇(PEG-600)，硬脂酸(CH3(CH2)16COOH，STA)和辛酸亞錫(Sn(Oct)2)作為外源性羥基、羧基和Sn2+，引入到高分子量聚L-乳酸(PLLA)基體中。用熱重分析法(TGA)得到了PLLA在–COOH、–OH和/或Sn2+存在下的熱解反應動力學機理。在Sn2+的催化作用下，一個PLLA分子可以在分子鏈的任意位置選擇性消除一個丙交酯分子，但是PLLA分子鏈并未在消除點發生斷裂，而是重新組合成一個新的PLLA分子，其分子量減少了144g·mol-1。
在PLLA發生熱分解的過程中，PEG、STA和Sn(Oct)2之間可以發生反應生成新的產物，如圖1，這些反應可以通過TG曲線得到證實，如圖2。
展開 復旦大學唐萍課題組近期研究進展：締合高分子的線性粘彈性--分子理論與模擬
為了進一步驗證SRM所預測的理論結果，他們開展了分子動力學模擬研究。通過模擬不僅能方便地表征締合體系中的微觀動力學，同時可進一步分析在理論計算中忽略的其他因素。首先考察了模擬體系在不同締合參數條件下的動力學行為，通過考察締合弛豫時間τsti隨締合強度與反應物濃度的變化關系，確定了在模擬體系中發生的是活化能固定的二元躍遷反應，因此提高粘性鏈段濃度會加快締合反應的速率。此外，這一締合反應并不會受到體系凝膠化過程的影響，因此是一個完全由反應動力學決定的過程。
為了定量比較模擬與SRM理論預測的結果，他們通過計算本體中締合高分子鏈的質心擴散系數，以及用于示蹤的均聚物鏈在締合基體中的質心擴散系數，得到了相對表觀摩擦系數δ的準確數值。通過比較δ和先前得到的締合弛豫時間τsti，他們發現二者在完全凝膠化的狀態下的確可以互相轉換，幾乎滿足一致的參數依賴關系，因此SRM利用表觀摩擦效應代替締合鍵壽命的基本思路是成立的。
(a)
(b)
圖2 線性松弛模量G(t) 的模擬（散點）與SRM理論預測（實線）比較。
展開 
Fluent-化學反應-1 預混氣體（甲烷空氣）化學反應的數值模擬
EX5-6.rar
gaseous combustion.zip
wb.rar
Fluent專家-化學反應-1
預混氣體（甲烷空氣）化學反應的數值模擬
案例簡介
本案例涉及空氣與甲烷的反應，空氣入口速度8m/s，入口直徑1mm，甲烷的入口速度為4m/s，兩個入口間距3mm，水平直管段長度為15mm，寬為0.5mm，幾何模型如下圖所示。
視頻播放地址：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10173
基于COMSOL軟件的分子流模塊模擬一腔道內低溫吸附結構對單一組分稀薄氣體分子的的抽吸作用 ￥1000
腔體內顆粒粒子追蹤He氣體分子的運動，如圖3所示。由圖可知，最終在吸附壁面上吸附了一定數量的氣體分子顆粒。
圖1 幾何模型
圖2 數密度分布
圖3 He氣體分子顆粒的運動分布
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎合作交流
細胞工程：免疫細胞趨化運動模式及分子機理
在體內，細胞必須能夠感知其環境中的各種線索，并向這些線索移動或遠離這些線索，以便在發育過程中執行形態發生程序，產生免疫反應并修復受損組織。
免疫系統對組織損傷的快速和有針對性的反應依賴于白細胞在組織之間和組織內極其靈活的遷移運動。組織特異性動員取決于白細胞感知來自特定生態位的定向信號并快速響應感染和炎癥重塑的環境線索的能力。T 細胞移動得很快，但在遇到抗原時有能力迅速阻止。了解白細胞遷移的調節對于我們在健康和疾病中控制免疫功能的能力至關重要。
之前人們普遍認為，白細胞不附著在二維表面就不能遷移。在2010年的一個研究中指出，與黏著或摩擦爬行的范式相反，人類中性粒細胞確實會游泳。文章中討論說，推進力可能來自細胞膜踏步(細胞表面的向后運動)或形狀變形(沿著細胞體的突出和收縮)，但沒有提供任何實驗或理論證據來支持這兩種假設。最近一項關于白細胞遷移運動的研究，一種間充質巨噬細胞細胞系RAW 264.7，可以通過光遺傳激活細胞后方的肌動球蛋白收縮力而人為觸發一種變形蟲游泳運動。
在這篇文章里，作者不但證明了人類T淋巴細胞是可以游動的，并在細胞和分子尺度上從實驗和理論上解讀了它的功能。研究中提供了實驗和計算證據表明人類白細胞確實可以在無黏附二維表面上遷移，也可以使用一種不依賴細胞形狀變化的機制進行游泳。細胞利用跨膜蛋白質“劃水”，跨膜蛋白質橫跨細胞膜并突出細胞外，膜的“踏車運動”——細胞表面的向后運動——推動白細胞在固體或液體環境中遷移，無論有無黏附。通過結合肌動蛋白驅動的外部“踏車運動”和通過囊泡運輸的肌動蛋白結合跨膜蛋白的內部循環，細胞可以實現持續的劃水。
作者首先通過干涉顯微鏡觀察評估淋巴細胞在粘附和抗粘附涂層的基底上的運動情況，實驗顯示在沒有粘連的情況下，極化的淋巴細胞可以在二維表面上遷移。甚至發現細胞在粘附表面和非粘附表面上存在相同的運動現象。
展開 力學所高溫氣體動力學國家重點實驗室（LHD）與大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）學術討
為進一步推動高溫氣體動力學領域的學科融合和交叉、促進實驗室開拓發展，8月31日LHD赴中科院大連化物所與分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）開展學術討論。力學所黨委書記劉桂菊、學術委員會副主任姜宗林、LHD主任張新宇，大化所化學動力學研究中心主任楊學明院士、MRD主任張東輝院士等來自力學所和大化所的30余人參加討論會。會議由楊學明主持。
劉桂菊在致辭中表示，大化所、力學所各具風格和特點，相互學習和交流將可能產生重要的思想火花，促進合作的開展，LHD高度重視此次活動，針對預先溝通的四個主要問題準備研討內容主題，希望兩個國家重點實驗室進一步落實合作的切入點以及具體內容。
楊學明在致辭中向參會人員表示熱烈的歡迎，認為分子反應動力學和高溫氣體動力學關系到各自研究領域的下一步發展趨勢，期望通過交流找到學科交叉的具體合作點。
張新宇、楊學明分別介紹了LHD、化學動力學研究中心及MRD的總體情況和研究特點。本次會議共做8個專題學術報告，分別涉及化學動力學理論、高溫氣體動力學以及燃燒反應、大連相干光源、超聲速燃燒和光學測量、交叉分子束、激波管化學反應動力學、反應速率計算、高超風洞和稀薄氣體風洞等多個方面，與會成員展開熱烈討論。
會議雙方經過細致討論，決定成立工作組，在飛行器表面反應動力學、反應速率測量、風洞實驗中的光譜學和質譜學、交叉分子束動力學和重大科研平臺建設等方面開展合作。
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