Transportphänomene in biologischen Membranen : Simulation von Massen-, Impuls- und Wärmetransport ; Nicht-Gleichgewicht-Simulationen an Zellmembran-Modellsystemen

In den letzten Jahrzehnten erlauben stets leistungsstärkere Computer eine immer detailliertere Simulation von biologischen Membranen. Nach vorbereitenden technischen Studien zur Anwendbarkeit der sogenannten "Reverse Non-equilibrium Molecular Dynamics" (RNEMD) Methode wird diese im Hauptteil dieser Arbeit angewendet um die Transportarten drei unterschiedlicher Transportgrößen auf atomarer Grössenskala zu studieren. Massentransport wird am vergleichenden Beispiel von Heptan und Senfgas untersucht. Die aus dem Impulstransport resultierende Scherung zwischen den Schichten der Membran erlaubt die Zuweisung von lokalen Scherviskositäten. Und die Untersuchung der lokalen Wärmeleitfähigkeit führt neben der Identifikation der hauptsächlichen Wärmetransportbarriere in einer Biomembran zu grundlegenden methodischen Erkenntnissen bezüglich der Anwendung von RNEMD auf heterogene Systeme.

Over the recent past decades, the increasing computational power of computers has allowed for more detailed simulations of biological membranes. Preliminary technical studies of this work deal with the applicability of the reverse non-equilibrium molecular dynamics (RNEMD) method. The results are used in the main chapters of this work to analyze transport phenomena of different properties at atomistic level. Mass transport is studied by comparing heptane and sulfur mustard. The shearing between the monolayers which is the result of an imposed momentum transport allowed for the definition of a local shear viscosity in the system. The study of the local thermal conductivity resulted in the identification of the major barrier for heat transport across the bio membrane and in methodological findings to the applicability of RNEMD to heterogeneous systems.