Моделирование_микропластика

1.

Моделирование
микропластика
Создание наночастиц и поверхностей

2.

Модели 1
Частицы
Частицы
aPS (n = 2, Np = 128)
iPP
(n = 2, Np = 128)
aPVC (n = 2, Np = 128)
PE
(n = 2, Np = 128)
L-PLA (n = 2, Np = 128)
Модели 2
+ пестициды
Циперметрин
Метаболиты циперметрина
(DCVA и PBA)
ДДТ
ПХБ-169
n – число цепей, Np – степень
полимеризации
PET (n = 4, Np = 128)
aPS
(n = 5, Np = 128)
Nylon6 (n = 4, Np = 128)
n – число цепей, Np – степень
полимеризации
+ ПАУ
Поверхности
Антрацен
Псорален
Поверхности
aPS (n = 10, Np = 128)
iPP (n = 18, Np = 128)
aPVC (n = 14, Np = 128)
PE
L-PLA
Пирен
PET
(n = 5, Np = 128)
aPS
(n = 5, Np = 128)
Nylon6 (n = 5, Np = 128)
Коронен
Овален
+ антибиотики
Ципрофлоксацин
Амоксицилин
Тетрациклин
Сульфадиазин
Доксорубицин
2/4

3.

Методика 2
Методика 1
Частицы
1. Создание полимерного газа из 2 минимизированных развёрнутых
полимерных цепей размещённых параллельно друг другу в центре ячейки > Моделирование системы в NVT ансамбле при температуре на 100К выше
температуры текучести.
2. Помещение молекул воды в уменьшённую ячейку 6х6х6нм или 7х7х7 нм.
3. Мгновенное охлаждение до температуры 298 К в NPT ансамбле
(термостат/баростат v-rescale/ c-rescale) 100 пс. -> Моделирование 10 нс в
NPT ансамбле (v-rescale/c-rescale).
4. Удаление молекул воды, перемещение частицы нанопластика к одной из
граней кубической ячейки
5. Размещение 1 молекулы пестицида/ПАУ на половине длины до
противоположной грани куба от наночастицы.
6. Добавление воды. Моделирование в NPT ансамбле в течении 100 пс с
шагом 0.5 фс (термостат/баростат v-rescale/c-rescale)
8. Моделирование в NPT ансамбле в течение 1 мкс с шагом 2 фс при Т=298 К.
Две термостатируемые группы: вода+загрязнитель и полимер
(термостат/баростат: Nose-Hoover/Parrinello-Rahman).
Частицы
1. Создание свернутой полимерной цепи -> Моделирование в NVT ансамбле 1 цепи при
Т=800 К. Размещение в пространстве от 3 до 5 свернутых цепей -> Моделирование в
NVT при T=800 К
2. Изменение размера ячейки моделирования до 15–20 нм. Помещение сферической
наночастицы в центр ячейки
3. Мгновенное охлаждение до Т = 300 К -> Моделирование 30 нс в NVT ансамбле
4. Изменение размеров ячейки моделирования до 10 x 10 x 10 нм
5. Добавление случайным образом в пространство 30 молекул антибиотиков
6. Добавление воды. Минимизация системы, моделирование в NVT.
7. Моделирование в NPT ансамбле в течение 200 нс. Три термостатируемые группы:
полимер, антибиотики, вода (термостат/баростат: v-rescale/c-rescale).
3/4

4.

Методика 2
Методика 1
Поверхности
1. Создание полимерного газа из минимизированных развёрнутых полимерных цепей
размещённых параллельно друг другу в центре ячейки 6х6х30 нм или 7х7х30 нм.
2. Моделирование системы в NVT ансамбле при температуре на 100К выше
температуры текучести.
3. Приложение непроницаемых стенок в направлении оси Z при давлении 100 бар не
изменяя температуру. Моделирование проводится в течении 30 нс.
4. Полимерный расплав линейно охлаждается в стенках со скоростью 15 К/нс до 298К
и моделируется при этой температуре до достижения нужной плотности и давлении
100 бар. Термостат v-rescale, баростат c-rescale.
5.
Толщина полимерной поверхности составляет от 4 до 6 нм по оси Z.
6. Ячейка расширяется на 2.5 нм по оси Z и заполняется водой, исключая возможность
вставки молекул воды в поверхность полимера.
7. Система полимера с водой моделируется в NPT ансамбле при температуре 298К до
достижения нужной плотности слоя воды. Сперва 100 пс с шагом 0.5 фс при
термостате v-rescale и баростате c-rescale. Затем 20 нс с шагом 1 фс при термостате vrescale и баростате c-rescale.
Поверхности
1. Создание свернутой полимерной цепи. Моделирование в NVT ансамбле 1 цепи при Т=800 К.
2. Размещение цепей в ячейки фиксированного размера по оси xy (~6 x 6 нм). Размер по оси Z: 30 нм
3. Приложение непроницаемых стенок. Сжатие в NLxLyPzT баростате при постоянном давлении от
150 до 300 бар
4. После сжатия давление понижается до 1 атм. Проводится моделирование в течение 200 нс. Далее
температура понижается до 600 К.
5. Выполняется ступенчатое охлаждение от 600 до 290 К со скоростью 1 нс на 10 К.
6. Образец при температуре 300 К используется для создания плоской поверхности. Стенки убираются.
Размер ячейки по оси Z устанавливается равным 15 нм. Плоский слой микропластика помещается на
основание ячейки моделирования. Толщина полимерной поверхности от 4 до 6 нм по оси Z.
7. Молекула антибиотика помещается на расстоянии от 3 до 4 нм от поверхности слоя.
8. В ячейку помещается вода. Минимизация системы и моделирование в NVT ансамбле.
9. Моделирование 200 нс в NLxLyPzT ансамбле. Три термостатируемые группы: полимер,
антибиотики, вода (термостат/баростат: v-rescale/c-rescale).
8. После подготовки системы полимер-вода с помощью скрипта запоминаются
координаты центра масс молекул воды и затем она удаляется из .gro файла.
9.
На расстоянии 1.2 нм от полимерной поверхности и её образа размещается
пестицид. Затем вода возвращается на свои координаты и система моделируется в
течении 100 пс при шаге 0.5 фс при температуре 298К и термостате v-rescale и
баростате c-rescale.
10. После система моделируется 1 мкс с шагом 2 фс при Т = 298К.
Две термостатируемые группы: вода+загрязнитель и полимер
(термостат/баростат: Nose-Hoover/ Parrinello-Rahman).
4/4