【摘要】 水分子在纳米尺度约束下的行为受到了广泛的关注，尤其是由于改性的孔群所造成的影响。

水分子在纳米尺度约束下的行为受到了广泛的关注，尤其是由于改性的孔群所造成的影响。为了更好地为未来的研究设计仿生纳米器件，zhu等[1]锚定了羧酸(−在单壁扶手椅型碳纳米管（CNT）中心区域的内壁上添加COOH）基团，以模拟水通道蛋白-1的孔形状，并研究修饰基团对水分子结构的影响。他们通过分子动力学模拟研究了水分子在碳纳米管中及管口附近的取向和密度分布。结果表明，被限制在两个未改性区域内的水分子具有相反且稳定的优先偶极取向，指向表面−COOH基团位于CNT的中心区域。同时，水分子在离管道一定距离的管口附近的取向−COOH团体也受到影响。这种现象会随着−COOH基团增加，CNT直径减小。此外，结果表明−中心区域内壁上的COOH基团对管口附近水分子的轴向密度分布影响较小，但对碳纳米管内部水分子的轴向密度分布影响较大。两个物体之间的距离不同−COOH基团和管口可以产生不同的水分子轴向密度分布。

 

水通道蛋白是在所有生命形式的细胞膜中发现的跨膜通道。Tajkhorshid等[2]研究了它们看似矛盾的性质，即在排除质子的同时促进水的有效渗透，这对于保持细胞膜上的电化学电位至关重要。他们通过12纳秒级的分子动力学模拟，定义了通道内七到九个水分子的空间和时间概率分布和方向。两个保守的天冬酰胺迫使一个中心水分子严格充当其相邻水分子的氢键供体。借助于两个跨膜半环产生的静电势，这决定了通道两半中水分子的方向相反，从而防止“质子线”的形成，同时允许水快速扩散。模拟和观察均显示，W48F/F200T突变体的通道水分布更加规则，透水性增加。

 

参考文献

[1] Zhu Y ,  Wei M ,  Shao Q , et al. Molecular Dynamics Study of Pore Inner Wall Modification Effect in Structure of Water Molecules Confined in Single-Walled Carbon Nanotubes[J]. Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113(3):363-374.

[2]Tajkhorshid, E. Control of the selectivity of the aquaporin water channel family by global orientational tuning[J]. Science, 2002, 296(5567):525-530.

 

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