２０１年第６期低温工程。
总第１７８期。
ｍｓｏ溶液玻璃化过程结构比较。
王伯春刘宝林。
上海理工大学生物系统热科学实验室。上海。
摘要：采用分子模拟的手段计算了３种冷却方式对ｄｍｓ二甲基亚砜）溶液的结构的影响。３
种冷却方式是依次冷却、直接冷却和两步法冷却。计算表明，采取这３种冷却方式下溶液的密度，径。
向分布函数（ｒｄ根均方偏差（ｒｍ氢键数量构成以及ｄｍｓ分子的键长键角分布表现不同的特征。ｄｍ溶液的总氢键数目以及ｄｍｓ的空间角位置没有明显变化。ｄｍ分子的键长。
和键角具有某种相似性，ｄｍ的空间角位置关系也有某种相似性和取向性。
关键词：ｄｍ玻璃化。
低温保存热科学。
中图分类号：ｔｂ文献标识码：ａ文章编号。
此提高玻璃化温度。
本研究的背景是：研究发。
引言。现粘附细胞比孤立细胞更容易受到损伤。除了细胞。
一。细胞，细胞一基质改变了细胞低温生物特性外，胞。
在细胞的低温保存中，经常使用ｄｍｓ二甲基外冰、热膨胀性差异和机械应力很可能是细胞损伤的亚砜溶液作为低温保护剂，并借。
原因。而热膨胀参数和力学参数又跟物质的结构。
收稿日期修订日期。
**项目：国家自然科学**教育部新世纪优秀人才计划上海市东方学者计划；上海市重点学科（５３
作者简介：王伯春，男，３５岁，硕士。
第６期ｄｍｓ溶液玻璃化过程结构比较５７
有关系。在低温保存中经常使用不同冷速实现玻璃。
化。作为研究应力的第一步，想了解不同的冷速下玻璃化后的ｄｍｓ溶液的结构有什么异同，这对认识玻璃化后的ｄｍｓ溶液是有意义的，另一方面，虽然。
成活率，先慢速降温到一个中间温度，然后快速冷却。
到低温。本计算中的两步法采用初温和终温的平均。
温度做为中间温度。把执行依次冷却的系统命名为。
ｙｓｔ执行直接冷却的系统命名为ｓｙｓ执行。
有不少研究涉及到玻璃化物质的结构，但是这些研究立足于结构松弛，还没有对具体的结构进行描述。由于采用分子动力学手段研究玻璃化过程有许多成功。
中间冷却的系统命名为ｓｙｓ
采用的总势能形式为：
的经验 ” 并且鉴于低温、微观实验困难，误差大，式中：ｕ曲为非键结势能，采用ｌ—ｊ势能：采用这种手段，对３种冷却方式下的７０％溶液。
玻璃化后的结构初步地进行了计算。，．
ｊ）一（）］导）一（导）
模拟方法和手段。
式中：为反映势能曲线深度的参数建立了一个包含１０７个分子的７０％浓度ｄｍ－
为反映原子间平衡距离的参数，ｎｍ为库仑作用。
ｏ溶液体系。核心程序采用做动力学计势能，ｕ 旦。
为键伸缩势能，对ｄｍｓ算和部分统计计算，部分程序自编。平常的冷却是慢。
速的，如用分子模拟来进行模拟这种过程，耗时巨大，一。
个简单分子的小体系（如５００个水分子的体系）在。
对ｈ２０寺。
６６ｏ四核服务器上也可能要两百多年的计算时间。
为键角势能项，对一ｊｋ
采用了一种“准慢速”的方法，从２９０开始，以ｌｏ
一。个温度差设置温度点，从一个温度点依次降温到下。
ｏｓ（靠）］；对一０ｉ０为。
一。个温度点，并在每个温度点充分弛豫，而降温的过。
程采取快速降温，命名为依次冷却法。直接冷却快速离平面振动势能，对一］；
降温到某个温度，相当于在实际的低温冷冻过程中把对ｈ２０
被冷冻物品直接置于一个低温环境。两步冷却法是。
其中各种参数值如表１、表２、表３所示。
介于快速和慢速之间的折中办法，出发点是提高细胞。
表１ 水分子各项参数值的选取 ＂
结果与讨论。
状态变化的体现，并影响了热、力性质。图１是３种冷却法造成的密度随温度分布。在２９０到２４０
．１３种冷却方式下的ｄｍｓ溶液密度。
三者的密度都是相同的，随后就出现差异。依次冷却。
密度一定程度上反映了体系的聚集状态，是微观。
的方式的密度最低，而直接冷却造成的密度最大。两。
８低温工程２０１年。
步法处于两者之间，３者在１６０以后逐渐拉近。这伏大，在第一配位圈里面形状陡峭，两步法要相对平。
反映体积变化的大小，微观层次是结构上的不同，是氢键构成的差异造成的。
缓一些，但在第一配位圈外要起伏大一点，而直接冷。
却法总体上最平缓。这种差异并不是一开始就能出现，到大约１９０才逐步明显起来。ｒｄ是体现粒子。
分配的参数，这些差异反映了不同冷却方式带来的平衡程度的差异。对应体系的能量也有差异，这对ｄｍ—的物理性质必然有影响。
量。．３３种冷却方式下的ｒｍｓ曲线。
根均方偏差）
橱。值是从测量目标构型和所得构型的位置的偏差而来。计算每个原子与目标构型的坐标的差值，将这些差值。
的平方的平均并求根，就得到ｒｍｓ值。
以２９０的平衡ｄｍｓ溶液的ｄｍｓ分子和水。
为目标构型，计算了不同冷却方式下的ｒｍｓ值。
图１ ３种冷却法下的密度。
图３显示３种冷却方式在２２０以前的ｒｍｓ
值接近，随后，在依次冷却的方式下。
ｍｓｄ波动最小，数值处于最高位，说明２００以后，依次冷却方式下的分子与目标构型和位置的差异度最大。直接冷却方式下分子与目标构型和位置的差异度最小。
．２ 种冷却方式下的ｄｍｓ溶液ｒｄｆ曲线。
对３种冷却法在不同时间的稳定状态下的ｒｄｆ
径向分布函数）曲线进行。
了计算。图２是１３０时的３种冷却法造成的ｒｄｆ
２０ 以后，直接冷却方式下的ｒｍｓ起伏剧烈，总体呈下降趋势，这反映这种冷却方式下，低于。
００ 后，不同温度段粒子面ｌ临的势垒有较大的起伏。两步法在２００以后ｒｍｓ曲线也开。
曲线。由图可以看出ｒｄｆ曲线呈现短程有序，长程。
无序的特征，随着ｒ的增长，ｒｄ数值趋于１，符合玻璃化的特征。由图２ａ可以看出３种冷却方式下的ｒｄｆ曲线形状很相似，３者的ｒｄｆ曲线的差异还是可以看出的。图２ａ一图２ｃ是几个典型区域的放大，始下降，没有直接冷却那样激烈。
此外由图３还可以。
看出，任何冷却方式下，总体上水分子与目标体系的。
水分子构型差异总是最高的，而ｄｍｓ分子与目标。
通过放大图，３者的差异看得更明显。依次冷却法起体系的ｄｍｓ分子构型差异是最低的。
第６期ｄｍｓ溶液玻璃化过程结构比较５９
一。ａ）３条ｒｄｆ曲线的替加。
ｂ）ａ区放大。
ｄ）ｃ区放大，吼 。
ｅ）ｄ区放大（ｄｅ区放大。
图２ １时３种冷却法下的ｒｄｆ曲线。
．４ 种冷却方式下的分子键长和键角。
在ｄｍｓ溶液里，ｄｍ分子中存在两个ｃ—ｓ
键角，和一个ｃ－ｓ键角，另外，水分子内部存一个。
’ｌ卜。－０一ｈ键角。为考察不同方式的冷却过程所造成的键角的变化，本研究首先保证了计算采用非约束分子模型。对稳定后的坐标进行统计，计算出体系各种类型分子的键角分布和键长分布。
图４是１３０时的ｄｍｓ分子的．ｓ键长。
一。一。
话。分布。可以发现两种键长都有一段类似高斯分布曲。
线形状的曲线。在这段曲线的右端键长最大处是一个很高的分布值。３种方式的都有超过４０％的ｄｍ－
图３ ３种冷却法下的ｒｍｓ曲线。
ｏ分子的ｃ—ｓ键长集中一个最大值附近，而超过８０％的ｄｍｓ分子ｏ．ｓ键长集中一个最大值附近。
低温工程。这究竟是什么原因，还有待细化计算。
图５是１３０时的ｄｍｓ分子的。
过４０％的ｄｍｓ分子的０－ｓ键角集中在某个最高。
值附近。种冷却方式对应的键长，键角分布范围，最高值的位置是有差异的。在高于１３０的其它温度，３
键角分布。跟键长分布类似，两种键角都有一个类似。
高斯分布曲线形状的曲线。同时都在一个最大值附。
近集中了大量的分子。３种方式都有超过２０％的。
种方式也都有类似图４和图５的分布，只是分布范围，最高值位置有些许不同，没能表现出什么规律。
ｍｓｏ分子的ｃ—ｓ键角集中在某个最高值附近；超。
梏。键ｋ／ｎ
键长／ｎｍａ）ｃ键ｋ分布（ｂ）一ｓ键ｋ分布。
图４ １时３种冷却方式下的键长分布。
恬。键角键角分布。
键角／ｒａｂ）０一ｓ键角分布。
图５ １时３种冷却方式下的键角分布。
．５ 种冷却方式下的氢键数量。
大。２２之前，３者有着相似的变化，但２２０以后，３者呈现出不同的形态。依次冷却的方式下，ｄｍ之间氢键的数目是虽有起伏，但总体上升，渐趋稳定。
而直接冷却和两步法却是在起伏中总体下降。在图８可以看到３种冷却方式下ｈ，０
之间的氢键数量有着跟图７相反的关系。在本研究。
氢键深刻影响着系统的结构，并影响着系统的一。
系列特性。图６是本研究的ｄｍｓ溶液氢键数量随。
温度的变化曲线。可见，３种方式的氢键数量变化趋势大体相同，都是开始以二次曲线的方式增长然后趋。
于稳定。但ｈ：０之间，以及ｄｍｓ之间的。
氢键数量变化关系有比较明显的不同。图７是ｄｍ．之间氢键的数目随温度的变化关系。总体上３种冷却方式下的ｄｍｓ氢键数目变化起伏较。
所取得冷却参数下，依次冷却（慢速）的溶液中ｄｍ．
ｏ—ｈ氢键占主体。而采用较快的方式，如两步法和直接冷却法，ｈ 之间的氢键占主体。
第６期。ｍｓｏ溶液玻璃化过程结构比较。
蛹。图６ ３种冷却方式下的系统氢键数量。
图７ ３种冷却方式下ｄｍｓ氢键数量。删。谍。
图８３种冷却方式下的ｈ：ｏ氢键数量。
．６ 种冷却方式下分子角位置。
对３种冷却方式下的７０％溶液分子间的。
瓤裂。角位置关系做了计算。数据较多，选取了ｄｍｓ分。
子的ｓ原子和水分子里的０原子的角度关系呈现在图９和图１０，这两种原子的位置关系能大体上反映。
两种分子的位置关系。
据。角度／ｒａ
图９ １时３种方式下的。对。
的 －ｙ面角度分布。
妊。角度／ｔａ
图１０ 时三种方式下的。对。
的ｚ－ｒ空间角分布。
图９是０对ｓ在 —ｙ平面上的角度分布关系。
可以看出，３种方式下的角度曲线很相似。０原子各。
个方向都有分布，且大体上隔２弧度就有一个峰值，表现出一定的规律性。峰值大约为０．０左右，而整个分布只有最右的区域最低值０．０左右，绝大部分。
弧度的分布在０．０以上，峰值比谷值只多了大约２８％表明在整体上的平均分布中，ｄｍ的角。
２低温工程２０１年。
度分布有一定的取向性，并且有一定的规律性。图１０是ｄｍｓ的ｚ—极坐标角度分布，３种冷却方式玻璃化的ｄｍｓ溶液曲线也非常相似，呈现一个倒钟形状的曲线，曲线上部表现为３个小峰。说明ｈ ｏ在ｄｍｓ周围的竖直方向也并不是均匀分布的，也带有取向性，这种形状的分布在各个温度都差。
不多。３马彩虹，贾晓明，于瑜，等．两种低温保护剂对**组织８１整。
合素表达影响的比较［ｊ］制冷学报王。
艳，韩。颖，王捷熙，等．玻璃化深低温保存小鼠卵巢组织的。
的研究［ｊ］制冷学报。
结论。１）对７０％的ｄｍｓ溶液进行了计算，发现采取。
种冷却方式：依次冷却、充分弛豫，直接冷却，两步。
法冷却，在所用的冷却参数下，３种方式对ｄｍｓ溶液的密度氢键数量构成以及ｄｍｓ分子的键长键角的分布都造成了影响，说明不同冷却方式造成了ｄｍｓ溶液的结构差异，必然带来不同的。
力、热性质，即用不同冷却方式保存的细胞和组织要。
承受不同的热学和力学环境。
２）计算表明３种冷却手段玻璃化后的ｄｍｓ溶液，其ｄｍｓ分子键长和键角有一定相似性。
３）计算表明３种冷却手段玻璃化后的ｄｍｓ溶液，其总氢键数目以及ｄｍｓ的空间角位置没有明显差异。
４）计算还揭示了在ｄｍｓ溶液里，ｄｍ的空间角位置具有周期性，取向性的特点。
参考文献。 杨鹏飞，程启康，王。
欣，等．人体骨髓基质干细胞冷冻干燥的探。
索性实验［ｊ］制冷学报胥。
义，周国燕，胡桐记，等．用ｄｓｃ测定兔主动脉血管冻结相变。
区间的表观比热容及其影响因素［ｊ］制冷学报。
华泽钊，任禾盛．低温生物医学技术［ｍ］北京：科学出版社，９９
１王金照，杨春，陈民．快速冷却条件下银的比热及玻璃化过。
程的分子动力学模拟［ｊ］工程热物理学报陈。
聪，李维仲．甘油水溶液氢键特性的分子动力学模拟［ｊ］物。
理化学学报。
３付一政，刘亚青，张丽燕．不同构型聚丙烯的玻璃化转变温度的分。
子模拟［ｊ］分子科学学报。
４李红霞，强洪夫，武文明．丁羟胶玻璃化温度的模拟计算［ｊ］中。
国胶粘剂。５焦东明，杨月诚，强洪夫，等．ｈｔ固体推进剂增塑剂选取分子。
模拟研究［ｊ］化学研究与应用。
６陈正隆，徐为人，汤立达．分子模拟的理论与实践［ｍ］北京：化。
学工业出版社，２０
新型玻璃作文
2018 03 20新型玻璃我今天给大家介绍 推荐一下新型玻璃！新型玻璃分五种 夹丝网防盗玻璃 夹丝玻璃 变色玻璃 吸热玻璃 吃音玻璃 它们各有特点，下面我给你一一介绍一下。第一种是夹丝网防盗玻璃 它的里面有一层很细的金属丝网，金属丝网接通电源，连接警报器。如果有人划破玻璃，想偷东西，只要碰到金属丝...
玻璃桥作文
精选 玻璃桥作文3篇。我从爸爸口里得知，玉苍山有玻璃桥，它的护栏和桥身都是由一种特质的玻璃组成的。走在上面，仿佛踩在空气上，向下看，便能看到地上如同鸽子笼一般的房子，很刺激的。坐在爸爸的车上，我的心却早已飞到了日夜盼望的玻璃桥。来到玉苍山，爸爸妈妈并没有急着去走玻璃桥，而到旁边爬山。虽然一路景色撩人...
玻璃栈道作文
玻璃栈道，这种现代人异想天开的产物早已上过新闻的头条了。自张家界 四川的玻璃栈道这两处在中国 开天辟地 之作开始，各地纷纷开始效仿 抄袭，使全国内多出了大量由 玻璃 二字开头的景区。最近又在新昌穿岩十九峰修建了玻璃栈道，我想 这十九峰优美的景致和这三百六十度观景简直是一对完美的组合。中国作文网原创作...