蛋白质纳米孔内电渗现象的数值模拟
2024-09-29分类号:TB383.1;Q503
【部门】吉林大学招标与采购管理中心 马萨诸塞大学阿默斯特分校化学工程系 长春职业技术学院机电学院 马萨诸塞大学阿默斯特分校聚合物科学与工程系
【摘要】电渗现象是在外加电场下,电解质溶液通过带电多孔介质或毛细管时的液体运动。电渗现象提供了一种高效、可控的液体输运方式,广泛应用于微流控、生物医学检测、化学分析、土壤修复和水处理领域,尤其是高通量基因测序。电渗现象受电场强度、液体黏度、电导率和介质孔隙结构影响,系统研究纳米限域内电渗流的物理性质对优化其应用非常重要。由于纳米级研究的挑战,实验上测量电渗流性质较为困难,理论和数值模拟成为研究电渗现象的有效方法。该研究通过数值模拟探究了蛋白质纳米孔内电渗流(EOF)的物理性质,尤其是在不同电场强度和溶液盐浓度条件下的行为。采用Poisson-Nernst-Planck和Navier-Stokes 方程组耦合模型,结合有限元方法,详细分析了电解质溶液中离子的分布和流体流动。研究发现,电渗流速度和电场强度的分布在纳米孔中极不均匀,且受到外加电势和溶液盐浓度的显著影响。在高盐浓度环境下,电渗流速度显著增加,尤其是在孔的中心区域。此外,电场强度的梯度显著影响了电渗流速度的分布,揭示了通过调控电场控制电渗流的可能性。该研究为深入理解纳米孔内的电动特性提供了视角,并指出了其在分子分离和生物医学检测中的应用潜力。
【关键词】电渗 纳米孔 数值模拟
【基金】
【所属期刊栏目】实验技术与管理
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