非均匀尺寸修正泊森-纳恰斯-潘克离子通道模型的高效有限元求解器

本文提出了一种用于求解非均匀尺寸修正泊森-纳恰斯-潘克离子通道模型（SMPNPIC）的高效有限元迭代方法，同时开发了一套适用于具有三维晶体学结构的离子通道蛋白和多种离子种类的离子溶剂的SMPNPIC程序包。具体而言，通过 novel 数学技术对SMPNPIC模型进行构建和改写，使得该方法的每次迭代仅涉及线性边界值问题和非线性代数系统，规避了SMPNPIC模型因强非线性、强非对称性及强微分方程耦合导致的数值困难。为了进一步提高方法的效率，采用了一种高效的修正牛顿迭代方法来求解每个相关的非线性代数系统。数值结果表明，该方法在求解voltage-dependent 蛋白质离子通道（VDAC）和四种离子种类的混合溶液时具有良好的收敛性，该程序包性能卓越，并且考虑非均匀离子尺寸效应的重要性。结果还通过VDAC的阴离子选择性特性部分验证了SMPNPIC模型。