[6月15日]学术报告:受限在纳米空间中水分子动力学的理论研究:物理、可能生物意义和应用

发布时间:2011-05-26

题 目:受限在纳米空间中水分子动力学的理论研究:物理、可能生物意义和应用

报告人:方海平 研究员 (中国科学院上海应用物理研究所)

时 间:6月15日(周三),上午10:00

地 点:物理馆512会议室

 

报告摘要:受限在纳米空间的水常常表现出与宏观水不一样的特性。这主要是由于,在这么小的空间内,水分子之间的氢键结构表现出某些特定的有序。在这个报告中,我们将介绍我们组近年来基于分子动力学模拟的一些相关进展,探讨可能的生物意义和应用前景。水分子在透过特殊尺度的纳米水通道时,表现出与宏观通道完全不一样的力学、电学响应开关特性,即:只有在通道壁形变和外界电场足够大时,通道内的水流动才受明显影响而突然减到非常小。而参考蛋白水通道上的电荷分布在纳米碳管附近设置电荷,可以使纳米碳管内水分子进行定向运动,达到纳米尺度水泵的效果。与宏观不一样,管道外环境对纳米管内水流的影响非常可观。而外置电荷与纳米通道内水的很强的相互作用,可以克服管壁对管内液滴定向运动的阻尼,从而实现对纳米管内水滴-生物分子混合体位置的操控,有望成为实现纳米管中的实验室(lab-in-nanotube)构想的关键技术。约束在特定纳米管道内的水分子单链,还可用于干扰很小的单电子信号传递和放大。最后,我将介绍我们预言的“常温下水层上形成水滴”这样奇异的现象和其物理本质,这个现象刚刚被实验所证实。

报告人简介: 1985年山东大学学士、1994中国科学院理论物理研究所博士。2002任中国科学院上海应用物理研究所研究员,博士生导师,复旦大学兼职教授。近年来侧重纳米生物学和理论物理学的交叉研究。在国内外学术期刊发表论文100多篇。其中,纳米尺度水的生物效应和生物启发的物理和应用研究系列工作已发表在《自然•纳米技术》(2007)、《美国科学院院刊》(2007、2009)、《物理评论快报》(2008、2009)、《美国化学会志》(2005、2009)、《ACS纳米》(2010)、《德国应用化学》(2011)、《能源与环境科学》(2011)等国际权威杂志上。《自然•纳米技术》的“新闻和评论”栏目刊发文章专题报道其工作。工作还被英国的《新科学家》、《化学世界》、《自然•中国》等国际著名期刊和网站报道。应邀在国际学术期刊J. Phys. D: Applied Physics、Nanoscale等写综述或前瞻性文章来系统阐述受限于纳米空间水特性的物理、生物特性和应用前景。获中国科学院“百人计划”(优秀)、国家杰出青年基金,上海市学科带头人。Email: fanghaiping@sinap.ac.cn

近期相关代表性论文:
1. Xiaojing Gong, Jingyuan Li, Hangjun Lu, Rongzheng Wan, Jichen Li, Jun Hu*, and Haiping Fang*, A charge driven molecular water pump, NATURE Nanotechnology 2, 709-712 (2007)
2. Jingyuan Li, Xiaojing Gong, Hangjun Lu, Ding Li, Haiping Fang*, and Ruhong Zhou*, Electrostatic Gating of a Nanometer Water Channel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 3687 (2007)
3. Yusong Tu, Peng Xiu, Rongzheng Wan, Jun Hu, Ruhong Zhou* and Haiping Fang*, Water-mediated signal transduction with Y-shaped carbon nanotube, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106, 18120 (2009)
4. Xiaojing Gong, Jingyuan Li, Hangjun Lu, He Zhang and Haiping Fang*, Enhancement of Water Permeation across a Nanochannel by the Structure outside the Channel, Phys. Rev. Lett. 101, 257801 (2008).
5. Chunlei Wang, Hangjun Lu, Zhigang Wang, Peng Xiu, Bo Zhou, Guanghong Zuo, Rongzheng Wan, Jun Hu and Haiping Fang*, Stable Liquid Water Droplet on a Water Monolayer Formed at Room Temperature on Ionic Model Substrates, Phys. Rev. Lett. 103,137801 (2009).
6. Peng Xiu, Bo Zhou, Wenpeng Qi, Hangjun Lu, Yusong Tu, and Haiping Fang*, Manipulating Biomolecules with Aqueous Liquids Confined within Single-walled Nanotubes, J. Am. Chem. Soc. 131, 2840 (2009)
7. Rongzheng Wan, Jingyuan Li, Hangjun Lu, Haiping Fang*, Controllable water channel gating of nanometer dimensions, J. Am. Chem. Soc. 127, 7166 (2005)
8. Wei Gu, Bo Zhou, Tihamér Geyer, Michael Hutter, Haiping Fang* and Volkhard Helms*, Design of a gated molecular proton channel, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 768 (2011)