疏水纳米孔中水的液-气振荡

水在生物膜传输中起着关键作用。在离子通道和导水孔（aquaporins）中，一维限域结合强烈的表面效应改变了水的物理行为。在对短（0.8 nm）疏水孔中水的分子动力学模拟中，孔内水密度在纳秒时间尺度上波动。在孔径范围 0.35 nm 至 1.0 nm 的长时模拟（总计 460 ns）中，我们量化了液充孔与气充孔之间振荡的动力学。该行为可解释为毛细蒸发与毛细冷凝交替，由孔外水的压力波动驱动。两态间的自由能差随孔径线性变化。自由能景图显示了随着孔径增大亚稳态液相逐渐发展。对于大于约 0.55 nm 的孔径，它成为全局稳定态而气相消失。一维限域影响水分子的动态行为，使自扩散相较体相水提高二至三倍。窄孔的通透率与生物水孔同数量级。水流不连续而以突发形式出现。我们的结果表明，针对疏水效应等集体现象的模拟可能需要长于 50 ns 的模拟时间。对于限域几何中的水或可从体相或短时间行为外推至更长时间尺度。