18、分子物理、化学模拟与P系统GPU加速模拟

分子物理、化学模拟与P系统GPU加速模拟

1. JENA工具在分子模拟中的应用

在分子物理和化学模拟领域，JENA工具展现出了强大的功能。以神经递质释放的模拟为例，通过考虑与象征囊泡的固体颗粒化合物结合的离子数量，利用化学反应规则，消除外边界固体颗粒使囊泡打开，神经递质从固体颗粒转变为可移动颗粒，模拟其释放过程。为简化，定义反应使阳离子随神经递质释放最终消失。神经递质颗粒以布朗运动为扩散主要驱动力，迁移到最右侧腔室代表的突触间隙，同时下一个尖峰到达并通过第一个轴突段。

JENA工具能够重现预期行为，物理过程和化学反应的相互作用十分明显。不过，当前模型较为抽象和人工化，若要获得约100ms的预期平均尖峰周期和约140m/s的中等信号转导速度，需要将模型系统从三阶段轴突扩展到数百个轴突段，并更精确地描述所有动态结构及其再生。

JENA工具具有以下特点：
- 结合化学反应与物理过程 ：这一特性有助于阐述许多复杂交织的生物学原理，如神经信号转导。
- 模拟可配置分子系统 ：可将其视为虚拟细胞或虚拟实验室，其中液体和固体结构动态地行动、反应和相互作用。
- 定义反应规则 ：允许为完全由固体颗粒或容器外壁包围的任意反应空间指定一组反应规则，能在容器不同部分并行执行独立的反应规则集，且反应规则可包含颗粒在可移动和固态之间的转换。
- 考虑物理力场 ：通过干涉三维矢量场定义相应的力场，许多实验室技术和生物过程会利用外部力，如离心、电泳、离子通道、渗透、过滤器和泵等。
- 提供指令