吉林大学化学学院超分子结构与材料全国重点实验室吕中元教授/朱有亮研究员团队在软物质介观尺度分子模拟软件平台建设方面取得最新进展。
今年8月14日新加坡国立大学、韩国梨花女子大学、吉林大学、清华大学和美国密歇根大学等单位联合在Science发表题为“Hierarchical chiral supramolecular assemblies with strong and invertible chiroptical properties”的研究论文，其中吉林大学团队通过介观尺度分子模拟揭示了非手性两亲性单分子胶束与手性添加剂的协同组装机制、多级次手性超结构形成动力学过程以及手性反转亚稳态的结构起源。该研究为设计具有超高手性光学活性的智能材料提供了理论指导，对理解超分子手性自组装行为有重要意义。吕中元教授为该论文的共同通讯作者。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu0296
5月13日，内蒙古大学、复旦大学和吉林大学等单位联合在Nature Nanotechnology发表题为“Paddle-like self-stirring nanoreactors with multi-chambered mesoporous branches for enhanced dual-dynamic cascade reactions”的研究论文，其中吉林大学团队通过介观尺度分子模拟取得了关键发现，包括微观磁搅拌引发的传质/传动量耦合效应、反应路径动态演化机制以及副反应抑制的分子基础。这些发现指导设计具有自搅拌功能的多腔室纳米反应器，实现了反应效率的指数级提升，对非均相催化纳米反应器的发展有重要推动作用。吉林大学朱有亮研究员为该论文的共同通讯作者。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41565-025-01915-2
上述进展得益于吕中元教授/朱有亮研究员团队长期坚持的介观尺度软物质分子模拟软件平台建设工作—成功研制了具有完全自主知识产权的软件平台PyGAMD（软著登字第8522235号）。作为国家“十四五”重点研发计划“关键聚合物结构材料集成计算设计方法与应用”项目（2022YFB3707300）的标志性成果，该软件平台实现了从基础算法到应用的全链条创新，集成了具有自主知识产权的聚合物分子构型生成工具、分子动力学模拟引擎、数据分析程序、分子动力学解释器和机器学习力场等功能模块；支持国产异构计算平台，构建了从软件到硬件的自主可控技术体系；具有9个自主开发的介观尺度分子模拟方法/模型，应用模拟结果已在Science等刊物上发表文章超过300篇；软件应用在吉林省亚安新材料有限公司、北京玲珑轮胎有限公司等单位的聚合物材料研发中，显著加速研发进程和降低研发成本。该软件平台不仅加强了我国在高端分子模拟软件领域的实力，更为突破国外技术垄断、实现关键材料自主研发提供了强有力的工具支撑。
介观尺度分子模拟研究背景：软物质体系（包括高分子、超分子、生物大分子、胶体和流体等）在介观尺度（空间尺度：10纳米-10微米；时间尺度：10纳秒-10微秒）的聚集态结构与动力学行为对材料性能和生物功能具有决定性影响。这一关键尺度领域长期面临理论计算研究的重大挑战：宏观尺度的连续介质方法因忽略分子细节并不适用，而经典分子动力学又受限于计算尺度（通常<10纳米/<10纳秒）。面对这一“介观荒漠”难题，吕中元教授/朱有亮研究员团队通过方法学创新，在粗粒化模型和高性能算法两个核心维度取得重要突破，不仅攻克了介观尺度分子模拟软件的关键技术瓶颈，更在软物质多层次结构解析和动态行为预测等应用研究方面取得系列创新成果，为介观尺度科学研究提供了新的理论工具和方法支撑。
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