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系統識別號 U0002-0902201108245100
中文論文名稱 一個二維半柔性生物高分子模型的基本物理性質
英文論文名稱 Basic physical properties of a model for two-dimensional semiflexible biopolymer
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 99
學期 1
出版年 100
研究生中文姓名 戴偉帆
研究生英文姓名 Wei-Fan TAI
學號 696210631
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-01-13
論文頁數 48頁
口試委員 指導教授-周子聰
委員-杜昭宏
委員-陳宣毅
中文關鍵字 半柔性生物高分子  計算機模擬  分子結構 
英文關鍵字 semiflexible biopolymers  computer simulation  configurations 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 我們用布朗動力學的方法研究一個二維半柔性生物高分子的新模型在有限溫度下的基本物理性質。新模型採用了一個尚未見報導過的最近鄰交互作用位能,該位能對最近鄰粒子的距離有比較強的限制,因此有可能更好地近似高分子中最近鄰分子的共價鍵。
本工作主要是測試及修改新程式,因此尚未考慮外力的作用及固有曲率的影響。通過監控模擬過程中物理量的穩定性,我們確定了在溫度範圍(0.01,0.2)內使系統(即分子鍊)處於穩定的狀態所需要的模擬參數,即步距,總步數及總樣品數。我們確認了端點粒子的x座標平均值,平均端點距離以及平均迴轉半徑皆隨溫度上升而減小,符合由於在常溫下熵主導高分子之行為,因此高分子傾向於捲曲成團之行為,由此亦可證實程式應該是正確的。我們發現分子鍊的迴轉半徑有反常行為,其原因尚有待於進一步考察。我們的模擬結果表明平均端點距離與平均迴轉半徑呈現一定的比例。該比例常數隨溫度增加而緩慢改變。
英文摘要 Using Brownian dynamics, we study the basic physical properties of a new model for two-dimensional semiflexible biopolymers at finite temperature. The new model adopts a new nearest neighbor interaction. The new potential has stronger constraint on the distances between nearest monomers, therefore may provide a better approximation to the biopolymers with covalent-bond between the nearest-neighbor monomers.
This work focuses on the testing and modifying the new program, and has not yet considered the influences of the external force and the intrinsic curvatures. By monitoring some quantities in simulation, we find the proper simulation parameters (the time step, total simulation time and number of samples) in the temperature range (0.01, 0.2) for our system (a chain of monomers). We find that the mean x-coordinate of the end particle, the mean end-to-end distance and the mean radius of gyration decrease with increasing temperature. These results agree with the well known fact that the entropy dominates the behavior of the biopolymers at normal temperature, and provide evidences for the correctness of the program. We also find that the radius of gyration of the chain has abnormal behavior, but the origin of the abnormal behavior is still unclear so requires a further investigation. Moreover, our results indicate that there is linear relation between the mean end-to-end distance and the mean radius of gyration, and the proportional constant increases slowly with increasing temperature.
論文目次 目錄
緒論……………………………………………………………1
1-1簡介……………………………………………………………1
1-2動機與目的……………………………………………………4
模擬方法及模型………………………………………………7
2-1模擬方法………………………………………………………7
2-2模型……………………………………………………………8
2-3約化單位………………………………………………………13
2-4物理量計算……………………………………………………14
程式試調與主要結果…………………………………………18
3-1參數設定………………………………………………………18
3-2測試模擬結果…………………………………………………25
3-2-1動能與位能 ……………………………………………25
3-2-2 最後一顆粒子x座標x_L………………………………28

3-2-3 平均端點距離〈R〉 ……………………………………29
3-2-4平均迴轉半徑〈R_g 〉……………………………………..30
3-2-5彎折彈性係數的不同………………………………… 38
3-2-6平均端點距離平方〈R^2 〉與迴轉半徑平方〈〖R^2〗_g 〉比例…41
結論……………………………………………………………45
4-1主要結論………………………………………………………45
4-2未來工作與檢討………………………………………………46
參考文獻……………………………………………………………… 47
圖表目錄
圖 (2-1) 布朗動力學計算主要流程圖………………………………....8
圖 (2-2) 模型示意圖……………………………………………………9
圖 (2-3) 位能與距離圖………………………………………………..11
圖 (2-4) 作用力與相鄰兩粒子距離圖………………………………..11
圖 (3-1) 最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L與時間變化圖1………...20
圖 (3-2) 最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L與時間變化圖2………...21
圖 (3-3) 最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L與時間變化圖3………...22
圖 (3-4) 最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L與時間變化圖4………...23
圖 (3-5) 位能與動能瞬時變化圖1……………………………………25
圖 (3-6) 位能與動能瞬時變化圖2……………………………………26
圖 (3-7) 總能量EtOt瞬時變化圖1…………………………………..27
圖 (3-8) 總能量EtOt瞬時變化圖2…………………………………..27
圖 (3-9) 觀測最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L………………………28
圖 (3-10) 平均端點距離與粒子變化圖………………………………29
圖 (3-11) 平均迴轉半徑與粒子數圖1………………………………..31
圖 (3-12) 平均迴轉半徑與粒子數log-log圖1………………………32
圖 (3-13) 等效近鄰長度b與粒子數圖……………………………….33
圖 (3-14) 平均迴轉半徑與粒子數圖2……………………………….34
圖 (3-15) 平均迴轉半徑與粒子數log-log圖2………………………35
圖 (3-16) 平均迴轉半徑與粒子數圖對比圖…………………………36
圖 (3-17) 平均迴轉半徑與粒子數圖對比log-log圖…………………37
圖 (3-18) 最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L…………………………..38
圖 (3-19) 迴轉半徑圖…………………………………………………38
圖 (3-20) 最後一顆粒子的x座標(xEnd) x_L對比圖…………………..39
圖 (3-21) 迴轉半徑對比圖……………………………………………40
圖 (3-22) 迴轉半徑與端點距離比例圖1…………………………….41
圖 (3-23) 迴轉半徑與端點距離比例圖2…………………………….42
圖 (3-22) 迴轉半徑與端點距離比例綜合圖…………………………43


參考文獻 參考文獻
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