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생체고분자 사슬의 브라운 동력학 시뮬레이션
Brownian Dynamics Simulations of Biological Polymer Chain 원문보기

고분자 과학과 기술 = Polymer science and technology, v.25 no.6, 2014년, pp.482 - 487  

전명석 (National Agenda Research Division, KIST) ,  염민선 (Supercomputing Service Center, Div. of National Supercomputing R&D, KISTI)

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • BD 시뮬레이션에 대해서는 이미 많은 논문과 총설들이 발표되었으므로 본 특집에서는 기본원리에 대해서는 간단히 서술하고, 상대적으로 가볍게 다루어져 온 먼거리(long-range) 유체역학 상호작용(hydrodynamic interaction, HI)과 생체고분자의 하전성에 의한 물리화학적 상호작용, 그리고 구조(conformation)와 확산에 대한 시뮬레이션 결과를 소개하고자 한다.
  • 고분자 사슬의 구조 거동을 이해하는데 몇가지 중요한 특성길이가 정의되어 있어 이를 정리하여 소개한다. 13,14 우선, Nb개의 구로 이루어진 사슬에서 질량 분포의 2차 모멘트를 평균한 양인 선회반경(radius of gyration) RG를 구할 수 있다.
  • 본 절에서는, 음이온성 다당으로서 contour length가 1 μm 이하인 잔탄(xanthan) 사슬에 대하여 필자가 연구하여 발표한 결과를 소개한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
생체고분자에는 무엇이 있는가? DNA, RNA, 다당(polysaccharide), 핵산, 단백질 등은 생체고분자로서 이들은 하전된 연성물질(soft matter) 이다. 연성물질은 에너지 밀도가 낮고 볼쯔만 열에너지 kBT에 의한 요동을 나타내고 나노미터 길이 스케일을 갖는 공통점이 있다.
연성물질이 갖는 공통점은? DNA, RNA, 다당(polysaccharide), 핵산, 단백질 등은 생체고분자로서 이들은 하전된 연성물질(soft matter) 이다. 연성물질은 에너지 밀도가 낮고 볼쯔만 열에너지 kBT에 의한 요동을 나타내고 나노미터 길이 스케일을 갖는 공통점이 있다. 생체고분자의 하전성은 이온 작용기를 갖는 다가전해질(polyelectrolyte) 구조와 물에 잘 분산되는 특성에서 비롯되는데, 이는 통상 유기용매에 분산되고 Rouse-Zimm 모델에 충실한 합성고분자와는 차별적인 거동을 나타내는 근원이다.
BD 시뮬레이션은 어떠한 경우에 효과적인가? BD 시뮬레이션은 coarse-graining(적절한 우리말이 없어 원어로 사용함; 물리학용어집 2010년 수정판에는 대충뽑기로 번역되어 있음)을 기반으로 Langevin 동력학을 보다 단순화시킨 메조스케일 방법으로써 각각의 용매 분자들이 추계적 (stochastic) 힘으로 대체된다. 4-8 이 방법은 용매 분자의 빠른 운동(10−13 s 수준)과 고분자나 콜로이드의 비교적 느린 운동(10−3 s 이상)과 같이 엄청난 시간 스케일 간격이 동시에 존재하는 경우에 효과적이다. 그림 1과 같이, 이런 용매의 빠른 모드를 coarse-grain 할 수 있는 능력은 결정적(deterministic) 방법인 분자동력학(molecular dynamics, MD) 시뮬레이션2,9 경우보다 상당히 큰 시간 스케일을 모사할 수 있다.
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