生物纳米孔的计算建模

纵观历史，我们人类一直力求更好地控制并理解自身环境。为此，我们借助大量传感器工具扩展了天然感官，使我们既能探测极宏大之物（如距地球 13 亿光年处两个黑洞的并合），也能探测极微小之物（如从复杂混合物中识别单个病毒颗粒）。本学位论文致力于研究支配一种微小却高度通用的传感器——生物纳米孔——的物理机制。生物纳米孔是在脂质膜上形成纳米级孔道的蛋白质分子。当单个分子通过该孔道（即“易位”）时，其通过引起的离子电流暂时扰动揭示了关于其身份与属性的宝贵信息。尽管该传感原理看似直接，纳米孔与易位分子间相互作用的复杂性意味着往往极难将离子电流的变化与引起它们的精确物理现象明确关联。正是在此处，本论文所采用的计算方法有望大显身手，因为它们能以近原子精度建模传感过程的几乎各个方面。除使读者熟悉纳米孔领域的概念与前沿现状外，本论文的主要目标有四：（1）开发生物纳米孔精确建模方法；（2）研究生物纳米孔的平衡静电学；（3）阐明蛋白质在生物纳米孔内的捕获行为；（4）绘制生物纳米孔的传输性质图谱。在本文首个结果章（第 3 章）中，我们采用三维平衡模拟[...]