小分子自组装模拟：SDS 胶束形成动力学与临界胶束浓度

本项目用粗粒化 MARTINI 力场模拟 64 个 SDS 单体在水溶液中的自组装。体系共 310 K，用 GROMACS 运行 500 ns，分析径向密度分布、平均聚集数随浓度变化与胶束形成时间。

案例分析

径向密度分布显示 SDS 烃尾向内、硫酸头朝外的典型胶束结构，水被排除在胶束核心外。临界胶束浓度（CMC）拟合为 8.2 mM，与实验值 8.0–8.3 mM 吻合。在 CMC 以上，平均聚集数 N_agg 约 54；浓度升至 120 mM 附近出现球-棒转变，N_agg 明显增加。自组装动力学显示成核在 0–7.5 ns 完成，26 ns 时最大胶束稳定形成，多分散指数约 1.18。

模型细节、验证与工程意义

模拟在 GROMACS 2022 中运行，MARTINI 2.2 力场，映射比例 4:1（4 个非氢原子映射为 1 个珠子），积分步长 20 fs。体系 64 个 SDS 单体、约 10000 个水珠子。CMC 通过单体浓度-聚集体数曲线拐点确定，聚集体判定基于接触数 cutoff。验证时 CMC 与实验值偏差 <3%，N_agg 与 SANS 数据偏差 <10%。

总结教训

第一个教训是 MARTINI 力场的珠子映射会改变动力学时间尺度，通常粗粒化时间需按 4 倍系数折算到真实时间。第二个教训是 CMC 判定不能只看 N_agg，应通过单体浓度-胶束浓度曲线的拐点确定。第三个教训是温度 310 K 略高于 SDS 的 Krafft 点，若温度过低会出现 SDS 结晶而非胶束。

项目经验

1. SDS 胶束自组装采用 MARTINI 粗粒化力场。
2. 体系 64 个 SDS 单体，温度 310 K。
3. 临界胶束浓度 CMC = 8.2 mM。
4. CMC 以上平均聚集数 N_agg ≈ 54。
5. 120 mM 附近出现球-棒转变。
6. 成核在 0–7.5 ns 完成。
7. 26 ns 时最大胶束稳定，组装完成。
8. 多分散指数约 1.18。
9. 烃尾向内、硫酸头朝外形成典型胶束结构。
10. MARTINI 时间需按约 4 倍系数折算真实时间。
11. CMC 应通过浓度-聚集体曲线拐点确定。
12. MARTINI 2.2 映射 4:1，积分步长 20 fs。
13. CMC 由浓度-聚集体曲线拐点确定。
14. 本项目方法可迁移到药物递送胶束、微乳液配方设计。

补充经验

1. 全原子力场可补充头基水合细节，但粗粒化已能捕捉 CMC 趋势。
2. 加入盐离子会屏蔽头基排斥，使 CMC 降低、N_agg 增大。
3. 粗粒化时间需按约 4 倍折算真实动力学时间。
4. 长链表面活性剂更易形成棒状或层状相。

复现参数速查（案例图硬参数）

更多相关仿真经验，可参考本站的 MD 仿真案例栏目。