Eine neue semi-implizite Methode für molekulare Simulationen in komplexen Systemen

• Applicant: Professor Dr. Kai Leonhard
• Subject Area: Technical Thermodynamics
• Term: from 2006 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 24900428

Komplexe Systeme, insbesondere Biosysteme, unterliegen häufig komplizierten Wechselwirkungen, die durch gekoppelte Form- und Krafteffekte gekennzeichnet sind. Sie können bisher weder durch molekulare Simulationen noch mittels analytischer Modelle ausreichend genau und gleichzeitig mit befriedigendem Rechenaufwand beschrieben werden. Die bei solchen Systemen angewandten Computer Simulationen mit explizit berücksichtigten Solvent-Molekülen sind für praktisch interessante Systeme zu zeit auf wendig. Auf der anderen Seite sind Simulationen mit implizit modellierten Solvent-Molekülen für viele Anwendungen nicht aussagefähig genug. Hier soll daher ein neues, semi-implizites Computersimulationsverfahren entwickelt werden, das auf einer Kombination von Monte Carlo- Simulationen und COSMO-RS basiert. Die neue Methode ist insofern semi-implizit, als dass alle Interaktionen der Lösungsmittelmoleküle sich aus den mit COSMO-RS erhaltenen Kontakthäufigkeiten unabhängiger Segmente ergeben, die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen der gelösten Stoffe hingegen unter voller Berücksichtigung der geometrischen Orientierung erfasst werden. Daher brauchen nicht immer wieder neue Konfigurationen der Lösungsmittelmoleküle ausgewertet zu werden. Mit der vorgeschlagenen semi-impliziten Methode lassen sich Simulationen mit ähnlichem Rechenaufwand wie mit impliziten Methoden durchführen, allerdings mit einer besseren Wiedergabe struktureller Einflüsse des Lösungsmittels auf die gelösten Moleküle. Damit erschließt die neue Methode neue Anwendungen im Bereich der Untersuchung komplexer Systeme.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Klaus Lucas