8、分子与生物分子系统模拟方法新进展

分子与生物分子系统模拟方法新进展

在科学研究中，对于分子和生物分子系统的模拟一直是一个重要的课题。本文将介绍两种相关的模拟方法及其应用，包括用于分子和矿物滴定的新蒙特卡罗方法，以及粗粒化生物分子系统的模拟策略。

新蒙特卡罗滴定方法

提出了一种名为“巨正则滴定（Grand Canonical Titration，GCT）”的新蒙特卡罗方法，用于在恒定pH条件下模拟分子或固体的滴定行为。

模拟结果与实验验证

• 电离分数模拟 ：以20 mM CaX₂溶液为例，模拟了表面的电离分数（α）随pH的变化。表面位点密度设为4.8 /nm²，pK₀设为9.8，对应硅酸钙水合物（C - S - H）。通过添加阳离子程序（ACP）和删除阴离子程序（DAP），在普通滴定（OT）和GCT框架下获得电离分数。结果表明，在GCT框架下，添加Ca²⁺和删除X⁻的程序给出了相同的结果，验证了方法的自洽性。在普通程序中，DAP略微低估了α，而ACP则大幅高估了它。
• 表面电荷密度模拟 ：模拟了不同离子强度下，二氧化硅颗粒在1 - 1盐溶液中的表面电荷密度随pH的变化，并与实验结果进行了对比。模拟中，表面位点密度和pK₀分别设为4.8 /nm²和7.5，位点直径设为0.4 nm。除了在最低pH值和高盐浓度下，模拟预测与实验结果非常吻合。
• C - S - H纳米颗粒滴定模拟 ：将GCT方法应用于硅酸钙水合物（C - S - H）的滴定数据模拟。C - S - H是水泥浆的主要成分，在pH低于10时不存在。模拟了C - S -