Comparison of interaction of poly(ethylene glycol) and poly(oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate) with water using molecular dynamics simulation
Poli(etilen glikol) ve poli(oligo(etilen glikol) metileter metakrilat) polimerlerinin su ile etkileşiminin moleküler dinamik simülasyonu ile karşılaştırılması
- Tez No: 944148
- Danışmanlar: PROF. DR. ESMA VOLGA BULMUŞ ZAREIE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: PEG, POEGMA, MD simulasyonu, dönme yarıçapı, su kabuğu analizi, H bağı analizi, PEG, POEGMA, MD Simulation, Radius of gyration, watershell analysis, H-bond analysis
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Bu tez, MD simülasyonları kullanarak konformasyonel, hidrasyon ve H-bağlanma özelliklerini inceleyerek polietilen glikol (PEG) ve poli(oligo(etilen glikol) metakrilat) (POEGMA)'ın su ile etkileşimini karşılaştırmaktadır. 4, 8, 12, 16 ve 20 tekrarlayan birim içeren POEGMA ile 20 ve 40 birim içeren PEG'in moleküler modelleri Avogadro ve CHARMM GUI yazılımları kullanılarak hazırlanmıştır. Tüm polimerler TIP3 su kutularında çözündürülmüştür. Bağlanmış ve bağlanmamış etkileşimler için Charmmff parametreleri kullanıldı. MD simülasyonları TRUBA yüksek performanslı hesaplama platformunda LAMMPS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kısa minimizasyon ve 1 ns'lik dengeleme çalışmalarının ardından 15 s'lik üretim çalışması gerçekleştirilmiştir. Elde edilen yörüngeler VMD yazılımı ve MD analizi kullanılarak düzenlenmiş ve analiz edilmiştir. İki polimerin sulu ortamdaki davranışlarını karşılaştırmak için dönme yarıçapı (Rg), su kabuğu ve hidrojen bağı gibi temel özellikler araştırılmıştır. Sonuçlar her iki polimerde de belirgin farklılıklar ortaya koymuştur. PEG, aynı sayıda tekrar eden etilen glikol birimine sahip POEGMA ile karşılaştırıldığında, kompakt rastgele sarmal yapı oluşturan biraz daha düşük ve daha az kararlı (her bir PEG zinciri için ortalama 9,73 ve 13,41 Å) Rg değerleri sergilemiştir. Su kabuğu analizi, PEG etrafındaki su kabuğundaki su molekülü sayısının (N(H2O)) (PEG20 ve 40 için sırasıyla ortalama N(H2O) 244.9 ve 418.6) esas olarak kararlı olmadığını göstermiştir. Su molekülü sayısındaki kararsızlık, konformasyonun kararsız olmasına atfedilmiştir. Son olarak, POEGMA ile karşılaştırıldığında, PEG ile daha yüksek bir ortalama H-bağı sayısı gözlemlenmiştir. Öte yandan, POEGMA biraz daha yüksek Rg değerleri ve kısa zincirler için kararlı bir yapı sergilemiştir (4 ve 8-mers POEGMA için sırasıyla 13,46 ve 15,78 Å). Zincir boyutu ile Rg değerlerindeki artış PEG'e kıyasla daha küçük çıkmıştır. Ayrıca, POEGMA zincirlerinin çok daha kararlı ve daha fazla N(H2O) değerlerine sahip olduğu bulunmuştur. Bununla birlikte, eşdeğer POEGMA için H-bağı sayılarının daha düşük olduğu bulunmuştur. Zincir boyunca H-bağı dağılımı da PEG ve POEGMA zincirleri için farklıdır.
Özet (Çeviri)
This thesis compares the interaction of polyethylene glycol (PEG) and poly(oligo(ethylene glycol) methacrylate) (POEGMA) with water, by studying the conformational, hydration and H-bonding properties using MD simulations. Molecular models of POEGMA with 4-, 8-, 12-, 16- and 20 and PEG with 20- and 40 repeating units were prepared using Avogadro and CHARMM GUI software. All polymers were solvated in TIP3 water boxes. Charmmff parameters were used for the bonded and non-bonded interactions. The MD simulations were performed on TRUBA high-performance computing platform using LAMMPS software. After short minimization and 1 ns equilibration runs, 15 s of production run was carried out. The resulting trajectories were organized and analyzed using VMD software and MD analysis, and key properties like radius of gyration(Rg), watershell and hydrogen-bonding were investigated to compare the behaviour of two polymers in aqueous environment. The results revealed distinct differences in both polymers. PEG exhibited Rg values which were slightly lower and less stable (9.73 and 13.41 Å of mean values for each PEG chains) conformations forming compact random helical structure, when compared with POEGMA having the same number of repeating ethylene glycol units. The watershell analysis showed that the number of water molecules (N(H2O)) in the watershell around PEG (mean N(H2O) of 244.9 and 418.6 for PEG20 and 40, respectively) is not stable mainly due to the unstable structure. Lastly, a higher average H-bond count is observed with PEG, when compared with POEGMA. On the other hand, POEGMA showed slightly higher Rg values but stable structure for shorter chains (13.46 and 15.78 Å for 4- and 8-mers POEGMA, respectively). The increase in Rg values with chain size was small compared to PEG. POEGMA chains also showed much more stable and more N(H2O). However, the H-bond counts for equivalent POEGMA were lower. The H-bond distribution along chain was also distinct for PEG and POEGMA chains.
Benzer Tezler
- Production and characterization of polyester/poly(methyl methacrylate) and acrylonitrile butadiene styrene terblends and nanocomposites
Poliester/polimetil metakrilat/akrilonitril stiren bütadien üçlü karışımları ve nanokompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
MEHMET ALİ ORAL
Doktora
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
DR. OSMAN GÖKHAN ERSOY
- Rational design and applications of advanced functional polymer gels
İleri fonksiyonel polimer jellerin rasyonel tasarımı ve uygulamaları
MERTCAN ER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN
- İlaç içeren NIPAAM hidrojellerinin salınım kinetiğinin incelenmesi
Investigation of the in vitro drug release kinetics of PNIPAAM hydrogels
CEYDA ŞİMŞEK
- BSA'nın farklı yüzeylerde adsorpsiyonu ve elektrokinetik özellikleri
Adsorption of BSA on different surfaces and electrokinetics properties
KADRİYE BOZGEYİK
- In vitro evaluation of comb-type poly(Ethylene Glycol)-cell interactions and comparison with linear poly(Ethylene Glycol)
Tarak tipi poli(Etilen Glikol)-hücre etkileşimlerinin in vitro değerlendirilmesi ve lineer poli(Etilen Glikol) ile karşılaştırılması
TUĞBA TOKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyoteknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLGA BULMUŞ
DOÇ. DR. YUSUF BARAN
