疏水受限空间中水的蒸发速率

疏水空腔的干燥被认为在生物物理现象中起着重要作用，例如球状蛋白的折叠、配体门控离子通道的开闭以及配体与疏水口袋的结合。我们使用正向通量采样（一种分子模拟技术）来计算被限制在由纳米级间隙隔开的两个疏水表面之间的水的毛细蒸发速率，作为间隙、表面尺寸和温度的函数。在所研究的条件范围内（间隙在 9 至 14 {\AA} 之间，表面积在 1 至 9 nm^2 之间），蒸发的自由能势垒与疏水表面之间的间隙呈线性比例关系，表明线张力对自由能势垒做出了主要贡献。蒸发速率对受限表面之间间隙的指数依赖性导致当间隙从 9 {\AA} 增加到 14 {\AA} 时，速率下降了十个数量级。计算出的自由能势垒约为 50kT，且主要为焓贡献。发现在其他条件相同的情况下，在较大（9 nm^2）表面受限下的单位面积蒸发速率比本文所考虑的较小（1 nm^2）表面受限下快两个数量级。我们表明这是疏水水合作用对被溶剂化物体尺寸依赖性的直接结果。对于足够大的表面，蒸发过程的临界核是一个跨间隙的圆柱形蒸汽管。