离子通道的多尺度建模和快速算法

本项目旨在发展新型快速计算方法来研究生物膜离子通道动力学及其微观作用机制。具体目标是为无机离子的跨膜运输过程建立高精度和高效的长程静电力计算模型与算法。项目将采用显隐混合(多尺度)模型，即对通道周围的离子，溶液和生物分子采取原子尺度上的处理，而对外区域的生物膜和溶液做宏观尺度近似，从而精确地描述离子传输，同时减少体系的自由度。为解决由外区域溶液和生物膜的介电性质不同而导致的非均匀性困难,项目运用基于圆柱体的镜像电荷方法来逼近溶液电极化效应产生的反应场,并创新性地通过求解非线性优化问题来确定镜像电荷的相关参数。同时,本项目也将考虑扩展广义波恩算法来处理介电性质非均匀的体系，并提出相应的数学理论。此外,本项目将进一步发展线性尺度的广义波恩算法，实现带极化效应的反应势的快速八叉树算法。本项目的实施将对离子通道的高效动力学模拟提供更有效的计算工具，是具有一定难度而又有广阔应用前景的崭新研究课题。