Υπολογιστική μοντελοποίηση μοριακής δυναμικής ενός μονοστρώματος λιπιδίων. Η περίπτωση του επιφανειοδραστικού μονοστρώματος μιας πνευμονικής κυψελίδας.

Abstract

Το Πνευμονικό Επιφανειοδραστικό Μονόστρωμα (Alveolar Surfactant Monolayer) που βρίσκεται στις πνευμονικές κυψελίδες (Alveoli), είναι ένα πολύ σημαντικό συστατικό για την διαδικασία της αναπνοής και του οποίου η απουσία είναι υπεύθυνη για τον θάνατο του 1% των πρόωρα γεννημένων νεογνών. Καθώς το μονόστρωμα συμ μετέχει σε κάθε διαδικασία ανταλλαγής αερίων στους πνεύμονες, η κατανόηση της συμπεριφοράς του είναι ιδιαίτερης σημασίας και στην παρούσα εργασία η διάχυση του Οξυγόνου καθώς το διασχίζει, επιχειρήθηκε να μετρηθεί. Προκειμένου να μοντελοποιηθεί το μονόστρωμα, έγινε χρήση της μεθόδου της Μοριακής Δυναμικής. Δύο διαφορετικές τοπολογίες (ένα μονόστρωμα και το συμμετρικό του) δημιουργήθηκαν και δοκιμάστηκαν για διαφορετικές "Επιφάνειες Προς Λιπίδια" (Area Per Lipids) και Θερμοστάτες (Thermostats). Όλα τα συστήματα εξετάστηκαν προσεκτικά υπό το πρίσμα πέντε σημαντικών παραμέτρων (Θερμοκρασίας, Κατασκευαστικής συνοχής, Πυκνότητας, Πλευρικής Διάχυσης και Υπολογιστικού Κόστους). Για τη μέτρηση του συντελεστή διάχυσης του Οξυγόνου, η τεχνική Umbrella Sampling χρησιμοποιήθηκε και έπειτα από έναν μεγάλο αριθμό προσομοιώσεων η μέθοδος ανάλυσης των Weighted Histograms εφαρμόστηκε προκειμένου να εξαχθεί το διάγραμμα ελεύθερης ενέργειας. Με βάση αυτό, αναλύθηκε η συμπεριφορά του οξυγόνου και μετρήθηκε ο συντελεστής διάχυσης. Εν κατακλείδι, η διαφορά της Ελεύθερης Ενέργειας της διαδικασίας διάχυσης μετρήθηκε ως 16.674 [kJ/mol] και ο συντελεστής ως D_(O_2)=1.557x10−5[cm^2/s] ο οποίος ήταν μικρότερος από ότι σε αντίστοιχες μελέτες που αφορούσαν διπλοστρώματα-μεμβράνες (bilayers).