[发明专利]一种用于模拟分子化学趋向运动的程序算法

权利要求书

1.一种用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，包括数学模型、理论公式、计算程序和输入输出配置；

所述的数学模型包括分子化学趋向运动的抽象场景和其中的初始与边界条件；

所述的理论公式包括基本假设、参数定义和支配方程组；

所述的计算程序包括数据结构、数值模拟算法及其核心；

所述的输入输出配置包括流场状况、运动对象的状态参数及数据统计方法；

所述的分子化学趋向运动的抽象场景包括2~3个入口、1个出口的微通道反应器、集体迁徙和反向汇聚两种浓度梯度生成方式，和以各流体汇流时的流道横截面作为采样观测的时空起点；所述的初始与边界条件包括受体和配体的系列进样浓度，和这两种物质在初始时刻的空间分布；

所述的基本假设包括由受体、配体和受配体复合物构成的理想溶液，其是一个处于热力学平衡态的巨正则系综，以及用于描述大分子相互作用过程的McMillan−Mayer溶液理论；所述的参数定义指用于系统建模的统计热力学巨配分函数的完备自变量，包括化学势、浓度、空间位置、自由能多项式、结合常数和扩散系数；所述的支配方程组为分别有关受体和配体的作用力与位置关系的Fokker−Planck方程，和其派生的流动性本构方程，这两种方程的解析表达式。

2.根据权利要求1所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，所述的数据结构包括Fortran和Mathematica两种开发环境中的体系变量定义和其对应的数值类型，各变量之间的线性依存关系，时间标定与坐标区划方法；所述的数值模拟算法及其核心包括支配方程组的程序语言实现，基于链表遍历更新的值传递方式，循环判据，边界值补偿办法，和与实验结果的偏差校正措施。

3.根据权利要求1所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，所述的流场状况包括微流体几何参数、线流速和流经时长。

4.根据权利要求3所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，所述微流体几何参数包括长宽高。

5.根据权利要求1所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，所述的运动对象的状态参数包括受体、配体和二者复合物在模拟前后与位置有关的浓度和扩散系数，以及受体−配体的缔合/解离常数。

6.根据权利要求5所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，所述的扩散系数由单分子荧光相关光谱和核磁共振扩散序谱测量获得，所述的缔合/解离常数由紫外可见分光光度法或荧光光谱法测得。

7.根据权利要求1所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，所述的数据统计方法是从采样终点的受体分布积分中评定趋化距离，再用受体的趋化迁移量与配体的浓度作图，拟合函数关系，提取键合信息。

8.根据权利要求1至7任一所述用于模拟分子化学趋向运动的方法，其特征在于，计算流程包括以下步骤：

步骤1：变量定义，新建输出文件，依次输入如下参数：三流道器件全宽，模拟时长，中央流道的受体浓度，侧流道的配体浓度，受体与配体的解离常数，受体、配体和受体/配体复合物的扩散系数；建立数组，标定时间步和时间增量，初始化浓度数据；

步骤2：常量因子定值；根据支配方程中扩散系数、平衡常数与物质浓度三者的解析关系，构建核心算法，建立循环；计算受体、配体的自扩散与交叉扩散效果，通道边界的物质量赋值，计算交叉扩散系数和单步反应速率常数；值替换与链表更新；

步骤3：向指定目录输出结果，包括输入的参数配置档案，受体、配体、受体/配体复合物的最终浓度分布，三者的浓度梯度，受体/配体复合物占受体的摩尔百分比，以及与位置相关的浓度、扩散系数的曲率，用于与实验结果比对和二次数据挖掘。