Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu mô phỏng của 1 số bài toán về tĩnh điện trong sinh học

Trong luận văn này, chúng tôi sẽ sử dụng các mô phỏng Monte – Carlotrên máy tính để xem xét sự phụ thuộc của độ dài tĩnh điện le và khoảng cách đầu – cuối Ree dây polymer vào bán kính chắn rs. Để thực hiện mô phỏng, chúng tôi sử dụng thư viện SimEngine được viết bởi TS. Nguyễn Thế Toàn. Đây là một thư viện mô phỏng vật lý modular dùng ngôn ngữ C++ và các mở rộng OpenMP, OpenCL để song song hóa các tính toán trên CPU nhiều lõi và trên GPGPU (card đồ họa tính toán).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu mô phỏng của 1 số bài toán về tĩnh điện trong sinh học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị TrangNGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CỦA 1 SỐ BÀI TOÁN VỀ TĨNH ĐIỆN TRONG SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị TrangNGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CỦA 1 SỐ BÀI TOÁN VỀ TĨNH ĐIỆN TRONG SINH HỌC Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết và vật lí toán Mã số: 60 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THẾ TOÀN Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn “Nghiên cứu mô phỏng của 1 số bài toán tĩnh điệntrong sinh học”, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thế Toàn – Giảngviên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã tậntình hướng dẫn, trang bị những kiến thức cơ bản và động viên trong suốt quá trình tôithực hiện luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thày cô giáo trong bộ môn Vật lý lýthuyết – Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã trang bị những kiếnthức chuyên môn cần thiết và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận vănnày. Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện của Ban chủ nhiệmkhoa Vật Lý, phòng Sau Đại học trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại HọcQuốc Gia Hà Nội. Tôi xin gửi những lời cảm ơn tới gia đình, cơ quan và các bạn bè, đồng nghiệpđã luôn sát cánh, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình tôi học tập và hoàn thànhluận văn. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn quỹ NAFOSTED đề tài số 103.02-2012.75 đãhỗ trợ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 6 năm 2015 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Trang MỤC LỤCMỞ ĐẦU ....................................................................................................................11. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 12. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 33. Bố cục luận văn .................................................................................................... 3CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬTLÝ CỦA PHÂN TỬ ADN .........................................................................................51.1 Cấu trúc hóa học của phân tử ADN ...................................................................... 51.2 Cấu trúc không gian của phân tử ADN ................................................................ 81.2.1 Cấu trúc sơ cấp ...................................................................................................81.2.2 Hiện tượng cuộn xoắn và các cấu trúc bậc cao của ADN. .................................91.3 ADN được xem như một polymer tích điện, tính chất đàn hồi của ADN .......... 111.3.1 Định nghĩa độ dài quán tính của dây polymer. ................................................121.3.2 Đóng góp của hiệu ứng tĩnh điện vào độ dài quán tính của ADN ...................14CHƯƠNG 2. PHƯƠNG TRÌNH POISSON – BOLTZMANN VÀ LÝ THUYẾTTĨNH ĐIỆN DEBYE – HUCKEL .........................................................................192.1 Phương trình Poisson – Boltzmann ..................................................................... 192.1.1 Phương trình Poisson – Boltzmann; Phương trình trường trung bình tự hợp..192.1.2 Tuyến tính hóa phương trình Poison – Boltzmann (PB); Phương trình Debye –Huckel (DH). .............................................................................................................212.2 Phương trình Poisson - Boltzmann cho thế năng quanh một hình trụ tích điện….242.2.1 Nghiệm của phương trình Debye – Huckel cho thế năng quanh hình trụ tíchđiện.. ..........................................................................................................................252.2.2 Hiện tượng cô đọng “Manning” .......................................................................26CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO ......................303.1 Phương pháp mô phỏng Monte Carlo ................................................................. 303.2 Điều kiện cân bằng chi tiết và thuật toán Metropolis ......................................... 333.2.1 Điều kiện cân bằng chi tiết ........................... ...