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Projekt
Molekulardynamik-Simulationen für Wassermischungen im Confinement
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Barbara Drossel; Professor Dr. Michael Vogel
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 179546604
Es soll der Einfluss von Geometrie, Hydroaffinität und Weichheit eines Confinements auf Struktur, Dynamik und Phasenverhalten wasserstoffbrückenbildender Flüssigkeiten mit Hilfe von MDSimulationen systematisch untersucht werden. Als Gastsysteme sollen Wasser sowie Wasser- Alkohol-, Wasser-Carbonsäure-, Wasser-Peptid- und Wasser-Protein-Mischungen betrachtet werden. Für die Wirtsysteme ist eine systematische Variation der Geometrie, Hydroaffinität und Weichheit vorgesehen. Neben atomistischen Poren sollen glatte Wände zum Einschließen der Flüssigkeit verwendet werden. Gegenüber der ersten Antragsphase soll der Schwerpunkt nun weniger auf der Struktur und Dynamik von reinem Wasser und stärker auf den Eigenschaften von Wassermischungen liegen. In Bezug auf reines Wasser soll ein theoretisches Verständnis für die in der ersten Förderperiode festgestellte Verlangsamung der Dynamik an festen Wänden atomarer Rauigkeit, die insbesondere an neutralen Grenzflächen nicht mit Veränderungen der Struktur einhergeht, entwickelt werden. Vielversprechende Ansätze sind diesbezüglich die Random-First- Order-Theorie, das Shoving-Modell und die Elastically-Cooperative-Activated-Barrier-Hopping- Theorie für den Glasübergang von Bulkflüssigkeiten. Außerdem soll das Benetzungs- und Phasenverhalten von Wasser in teilgefüllten Poren untersucht werden. Für Wasser-Alkohol, Wasser- Carbonsäure- und Wasser-Peptid-Mischungen steht der Einfluss von Geometrie und Hydroaffinität des Confinements auf das Phasenverhalten im Vordergrund. Hier möchten wir das Wechselspiel von Volumen- und Grenzflächeneffekten an Hand von ortsaufgelösten Energie- und Entropiebetrachtungen quantifizieren, um thermodynamische Modelle für Entmischungsphänomene im Confinement zu entwickeln. Insbesondere für Wasser-Peptid- und Wasser-Protein-Mischungen ist eine Untersuchung der dynamischen Kopplung der Komponenten unter dem Einfluss von Confinement geplant, um an Hand einfacher Modellsysteme Erkenntnisse über die Funktion von Proteinen in dichtgepackten biologischen Umgebungen zu gewinnen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
