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Some distinctive behavior of water confined studied?by molecular dynamics Fang Haiping (方海平） Shanghai Institute of Applied Physics Chinese Academic of Sciences Water in living cells 水的的重要性 Zhou et al., Science 305, 1605 (2004) 水分子主导的疏水相互作用在双结构域蛋白塌缩中的作用 塌缩速度比简单的两个疏水平板慢两个数量级。 人为地改变水分子与蛋白质分子之间的相互作用，塌缩速度可以有一个数量级的改变。 Peter G. Wolynes, et al., Water in Protein Structure Prediction, PNAS, 101,3352 (2004) Known water Anomalies 为什么要研究蛋白水通道的简化模型 蛋白水通道的研究很重要：2003年诺贝尔化学奖 : Peter Agre，发现细胞膜水通道蛋白结构 蛋白水通道很复杂：简单的系统常常可以研究其本质==〉纳米碳管为模型 Nature 414,188（2001） 一些重要生物学问题 The simulation of stretching DNA Compression Compressing a DNA molecule The graphite is 8.4nm*7.3nm Computational Group for Water and Biomolecules Simulation results N : The number of water molecules inside the tube Water flux: The difference of the numbers of water molecules entered the SWNT from bottom and upper ends, left on the other sides, per nanosecond . T=216 ns; Transient: 16 ns; flux is averaged by each 18 ns N: 碳管内的水分子数 极好的开关特性！ 有效抵御噪音信号引起形变 对有效信号非常敏感 上下有渗透压 纳米碳管 直径= 8.1?, 长度=13.4 ? 流量（红线）没有减小 我们发现 Fang等，JACS，2005 Simulation results (nanosyringe) Force =1.8 nN from open to close. Possible nanosensor, i.e., nanoscale syringe (注射器） Why excellent gating??? Press here 我们发现 水分子分布有类似的波形结构 0 ≤ δ ≤2.0 ?. 通过波峰的移位来抵消碳管形变造成的影响. positions of carbon atoms Fang等，JACS，2005 生物水通道GlpF内水分子 具有类似的波形分布 Tajkhorshid et al. Science 2002, 296, 525 生物水通道也应该具有类似的极好开关特性 创新点： 1、生物通道在很大的噪声中如何保持信号传递？ 2、用有生物学意义的流量表征通道 Fang等，JACS，2005 JACS在化学期刊中排名第一 基础科学研究快报 第7期 科学技术部基础研究司 总第165期 科学技术部基础研究管理中心 2005年7月25日 国内研究 三级平面运动倒立摆实物系统控制获得成功 8 纳米尺度水通道开关控制的模拟研究 8 利用纳米金粒子强化PCR技术的特异性 9 …中科院上海应用物理研究所方海平与合作者，利用单壁碳纳米管模拟了水在蛋白通道中输运的分子动力学特性。… Example of Biological water channels Tajkhorshid et al. Science 2002, 296, 525 水通道上有电荷，它对水流通有什么影响？ Simulation system (Left) A snapshot of the simulation system, side-view. The dark green cycles are the carbon atoms of the nanotube and the graphite