MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798280757790
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31843266
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aJedlinska,  Zuzanna  M.
■24510▼aStudying  Phase  Separation  in  Polymer  Systems  Through  Coarse-Grained  Molecular  Dynamics  Simulations  in  MATILDA.FT
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Pennsylvania▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a164  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Riggleman,  Robert  A.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Pennsylvania,  2025.
■520    ▼aPhase  separation  is  a  phenomenon  consider  to  some  degree  in  most  of  the  research  projects  from  the  field  of  polymer  physics.  A  special  kind  of  phase  separation,  called  liquid-liquid  phase  separation  (LLPS)  is  of  major  importance  to  the  functioning  of  biological  systems.  Frequently,  phase  separation  results  in  a  polymer  lean  solvent  phase  and  the  polymer  rich,  dense  phase.  However,  the  results  of  LLPS  are  two  phases  that  both  maintain  their  liquid-like  properties.  This  liquid-like  behavior  of  the  components  makes  the  process  of  LLPS  fast  and  responsive  to  the  changes  in  the  environment,  thus  making  it  suitable  to  control  the  metabolism  of  the  cells  and  allow  them  to  respond  to  external  stimuli.  Intracellular  condensates,  created  though  LLPS,  consist  mostly  of  proteins,  which  are  biomolecular  polymers.  Specifically,  these  condensates  are  enriched  in  special  types  of  proteins,  which  either  contain  multiple  intrinsically  disordered  regions  (IDRs)  or  polypeptides  which  lack  a  higher  order  structure  entirely  -  intrinsically  disordered  proteins  (IDRs).We  begin  this  thesis  by  providing  an  introduction  to  the  topic  of  LLPS  and  IDPs.  We  discuss  the  role  that  the  resulting  condensates  perform  in  the  cells.  Next,  we  focus  on  the  structure  and  properties  of  their  constituent  IDPs.  We  outline  how  experimental,  theoretical  and  computational  methods  are  utilized  to  better  understand  LLPS  and  IDPs,  listing  the  advantages  and  limitations  of  these  methods.  Lastly,  we  briefly  introduce  our  groups  own  simulation  software,  MATILDA.FT,  comparing  it  to  other  existing  simulation  packages,  and  showing  its  suitability  to  be  used  in  the  research  concerned  with  LLPS.  In  Chapter  2  we  provide  an  in-depth  description  of  MATILDA.FT,  its  mathematical  basis  and  algorithm  implementation.  In  the  following  chapters  we  present  various  cases  where  MATILDA.FT  has  been  applied  to  simulate  coarse-grained  models  of  bio-inspired  condensates.  In  Chapter  3  we  begin  with  the  project  concerned  with  the  influence  of  monomer  charge and  polarizability,  on  the  extent  of  phase  separation  and  microstructure  development.  In  addition,  we  in  this  project  we  also  study  the  distribution  of  ions  and  their  affinity  towards  polarizable  and  non-polarizable  monomers.  Subsequently,  in  Chapter  4,  we  describe  a  project  in  which  we  utilize  dynamic  bonding  to  induce  phase  separation.  Dynamic  bonds  are  relevant  to  both  polymer  materials  (self-healing  materials,  responsive  materials,  sensors)  and  biological  systems  (abundance  of  hydrogen  bonding,  salt  bridges,  π  −  π,  along  with  many  other  weak  interactions).  We  show  that  we  are  able  to  control  the  extent  of  phase  separation  by  changing  the  number  and  distribution  of  binding  sites  on  the  polymer  chains.  We  also  vary  the  affinity  energy  of  bond  creation,  and  analyze  the  changes  in  the  static  and  dynamic  properties  of  dynamic  networks.  In  Chapter  5,  we  expand  on  the  idea  of  binding-induced  phase  separation.  We  construct  the  systems  consisting  of  polymer  blends  where  chains  can  carry  one  of  the  two  orthogonal  binding  sites.  We  show  that  by  tuning  the  number  of  binding  sites  on  the  chains  and  their  affinity  energy,  we  are  able  to  induce  phase  separation,  resulting  in  two  phases,  each  enriched  in  the  monomers  belonging  to  one  of  the  binding  types.  We  also  study  blends  where  cross-binding  chains  are  present,  which  can  carry  binding  sites  of  both  types.
■590    ▼aSchool  code:  0175.
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aPolymer  chemistry
■650  4▼aPhysical  chemistry
■650  4▼aBiochemistry
■653    ▼aMolecular  simulation
■653    ▼aPolymer  physics
■653    ▼aPhase  separation
■653    ▼aCoarse-grained  models
■653    ▼aMolecular  dynamics
■690    ▼a0605
■690    ▼a0495
■690    ▼a0487
■690    ▼a0494
■71020▼aUniversity  of  Pennsylvania▼bPhysics  and  Astronomy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12B.
■790    ▼a0175
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17356669▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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