自古以来,水对于人类生产生活是十分重要的。人们对水最初的认识,是它的形态多变,仅是一年四季,它就可变化云、雾、雨、露、霜、雪、冰等各种形态。在物理学上,肉眼可见的各种形态的水,称之为宏观尺度的水。我们对宏观水的行为已经有了较为清晰的认识,但在微观尺度下,特别是界面附近水分子的行为,以及对界面各种物理性质的影响还不是很清楚。有研究发现,刚性界面上的水分子通过与周围水分子和界面形成饱和氢键的方式,得到具有稳定氢键网络的有序单层水,使得界面表现出疏水特性,从而使单层水上的水分子液滴不受浸润而稳定存在。在生物基团(如羧基、羟基等)为终端的自组装柔性界面上,水分子也会体现出不同于宏观水的行为。课题组之前的工作表明,以羧基为终端的自组装膜,膜本身的亲疏水性会随自组装密度发生非单调改变。在一定的密度下,水分子会主动嵌入自组装膜界面的分子中,与膜分子的亲水羧基形成氢键,成为自组装膜的组成部分,从而形成更加稳定的自组装膜-水分子的复合结构。水分子的内嵌不仅使自组装膜的结构更加稳定,同时也使原本带有亲水性终端的超亲水自组装膜呈现出疏水性。和羧基的情况类似,研究者在以亲水羟基为终端的自组装膜界面中也发现膜分子自组装密度的变化以及水分子的存在会导致自组装膜在亲疏水性之间的转换。这些工作说明,水分子在自组装膜界面的结构和自组装膜界面的亲疏水性质中起到了至关重要的作用。这种影响是否会扩展至与自组装膜结构密切相关的其他物理性质,比如物理吸附、界面扩散等?至此,水分子又会起到怎样的作用?在本论文中,我们主要使用分子动力学模拟的方法,探究双羟基为终端的自组装膜界面上,水分子的行为及其对蛋白质非特异性吸附和界面粘滞性的影响。我们选择超亲水和超疏水的两种自组装膜界面,分别把蛋白质的亲水基团和疏水基团所在平面与自组装膜界面平行放置。我们发现在这四个系统中,蛋白质经过一段时间都会吸附在自组装膜表面。其中,当蛋白质的疏水基团所在面朝向疏水性自组装膜时,蛋白质与自组装膜之间的结合能绝对值最大,两者结合能约为-6.1 kcal/mol,和水中氢键的典型能量5kcal/mol具有相同数量级;其他三种情况的结合能几乎为零。这是因为蛋白质与自组装膜之间水分子的存在导致静电屏蔽,使结合能几乎趋近于零;只有结合能最大的情况,蛋白质与自组装膜之间并无水分子的存在,两者之间的静电吸引导致了较大的结合能。为进一步研究羟基自组装膜的粘滞性,我们选取类似石墨烯构型的极化界面作为简化模型。结果表明带电的界面与水分子的摩擦系数具有尺寸效应,并且在面积为77 nm2时,不同极化电荷的界面摩擦系数都趋于各自的稳定值,这个值随着电荷的增大而变大,在电荷为1.0e时,可达9.2×105 Ns/m3,远大于不带电时的2.5×105 Ns/m3。而不带电的界面,其摩擦系数却并没有尺寸效应。对极化界面上的第一层水进行扩散分析时,带电/不带电的系统的扩散系数均没有尺寸效应,大约都为2.6×10-9 m2/s,比体相水分子的扩散2.71×10-9 m2/s小,主要是因为界面与第一层水分子的相互吸引阻碍了水分子的扩散。这些结果提示我们体系尺寸的选择在模拟中的重要性,也为我们进一步细致分析自组装膜界面的粘滞性提供参考依据。本论文的研究增加了人们对自组装膜粘滞性,亲疏水性与界面蛋白质吸附行为之间关联的理解,为纳米尺度上水的高效运输提供了参考,也为开发水下粘合剂或者防污涂料提供了理论依据,亦可帮助自然水润滑液的设计从而用于生物医学以及营养学研究等领域。