Testi tesina esame
Laboratorio simulazione atomistica e fluidodinamica
AA 2014/2015
Indicazioni generali
Per la valutazione ogni studente dovrà effettuare due tesine, una di dinamica molecolare (NAMD) e
una di fluidodinamica (OpenFOAM). A scelta dello studente una delle due tesine potrà essere svolta in
gruppo con altri studenti (gruppi di massimo tre studenti). In alternativa lo studente può scegliere di
svolgere un'unica tesina selezionata dall'elenco delle tesine combinate.
Le tesine non ricalcano fedelmente quanto visto a lezione ma ognuna di esse richiede, almeno in
parte, lo studio autonomo di nuove funzionalità degli strumenti visti in laboratorio.
La tesina non costituisce strettamente elemento di valutazione, è la discussione del lavoro fatto che
determinerà l'esito dell'esame. In tal senso:
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le tesine dovranno essere brevi (4-5 pagine massimo, 9-10 per le tesine combinate) ed essere
focalizzate sui risultati principali. Ci sarà spazio durante l'orale per discutere dettagli della
procedura e per visionare ulteriori risultati
in sede di discussione della tesina dovrà esser possibile accedere ai dati e agli strumenti
utilizzati (ad esempio da un proprio portatile o copiando tali dati sulle macchine usate in
laboratorio)
appena avete selezionato le tesine comunicatemele tramite mail ([email protected])
Inoltre:
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evitare immagini con sfondi scuri
nel caso si riportino equazioni (ad esempio nella tesina con OpenFOAM) definire tutti i simboli
che compaiono nelle equazioni indicando in particolare il valore di eventuali coefficienti
riportare solo gli elementi cruciali del procedimento utilizzato (esempio, evitare di dedicare
paragrafi alla generazione del psf, tali dettagli, se necessario, saranno discussi durante
l'esame)
le figure devono avere didascalie chiare
Contatti
[email protected]
http://www.iit.it/en/people/mauro-chinappi.html
http://nanotec.uniroma1.it/users/chinappi-mauro
Tesine combinate OpenFoam + dinamica molecolare
1) Studiare la collisione di due gocce d'acqua identiche tramite una simulazione di dinamica
molecolare classica. La collisione deve avvenire lungo l'asse che congiunge i centri delle due gocce.
Riprodurre lo stesso sistema con OpenFoam e comparare i risultati.
Note: la scelta del protocollo simulativo è affidata allo studente. Prestare attenzione alle proprietà di
trasporto e alla tensione superficiale del modello di acqua che utilizzerete.
2) Come sopra ma usare gocce di dimensione diversa (una goccia con volume doppio rispetto
all'altra).
Tesine dinamica molecolare (NAMD)
1) Si studi la corrente associata alla presenza di un omopeptide in un poro di graphene dal diametro di
1.5 nanometri. Di comparino i caso triptofano e glicina. (Suggerimento: usare omopeptici di 10-20
monomeri, generare le strutture iniziali con PEP-FOLD, per l'analisi dei flussi si usino gli strumenti
suggeriti nei vari tutorial di namd sui nanopori).
2) come sopra ma si compari alanina con arginina
3) come sopra ma si compari valina con triptofano
4) Seguendo il tutorial di namd sulle bionanotecnologie, equilibrare la struttura dell'alpha hemolisina in
una membrana fosfolipidica in una soluzione 2M KCl. Applicare un campo elettrico normale alla
membrana e studiare la distribuzione di equilibrio degli ioni e l'intensità del flusso ionico ed
elettroosmotico.
5) Seguendo il tutorial di namd sulle bionanotecnologie, analizzare il flusso ionico ed elettroosmotico
in un canale a stato solido Si3N4 di lunghezza 4 nm, diametro 0.9 nm.
6) Analizzare la traslocazione di Tiorexodina (Codice PDB: 2TRX, priva di eventuali ponti disolfuro)
attraverso un poro di grafene di diametro 20 Angstrom tramite una simulazione SMD a velocità
costante. Si utilizzi il modello di solvente implicito implementato in NAMD (GBIS) per una
concentrazione ionica a vostra scelta. Effettuare prove a varie velocità, determinare gli intermedi di
traslocazione e confrontarli con quelli osservati in Bonome et al JPCB 2015.
7) Come la precedente ma utilizzare una simulazione a forza costante.
8-9) come 6-7 sopra ma con un poro di diametro 15 Angstrom.
Suggerimenti e note:
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In alcune versioni di NAMD il solvente implicito non è implementato, verificare sul manuale
della versione installata
VMD offre molti strumenti di analisi per quantificare alcune caratteristiche strutturali della
proteina (esempio, mappa contatti). Vedere sotto extension->analysis (e in rete)
I forum di VMD e NAMD contengono risposte a gran parte delle domande tipiche di un utente
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inesperto. Nel caso di NAMD, prestate attenzione alla data dei messaggi in quanto potrebbero
riferirsi a versioni di namd obsolete
Nel caso in cui le simulazioni progettate dovessero risultare troppo lunghe sulle macchine a
vostra disposizione (maggiore di 8 ore), contattatemi per trasferire alcune simulazioni su
macchine da calcolo dedicate
In ogni tesina c'è almeno un singolo aspetto nuovo rispetto a quanto visto in laboratorio
(solvente implicito, flusso ionico, nuova proteina). La conoscenza e il controllo di tale aspetto è
elemento di valutazione così come la capacità di reperire autonomamente il materiale
necessario.
Nel caso di simulazioni di proteine la tesina deve partire dalla struttura PDB scaricata dal
Protein Data Bank
Tesine fluidodinamica numerica
1) Analizzare il moto di un fluido Newtoniano in una cavità rettangolare la cui parete superiore si
muove a velocità assegnata. Paragonare i risultati a Re = 5, Re = 0.1 per cavità con diverse altezze.
2) Analizzare il moto di un fluido Newtoniano in una cavità quadrata la cui parete superiore si muove a
velocità assegnata. Paragonare i risultati a Re = 5, Re = 0.1 e Re = 500.
3) Analizzare il moto di un fluido non-Newtoniano in una cavità quadrata la cui parete superiore si
muove a velocità assegnata. Paragonare i risultati a Re = 5, Re = 0.1 e confrontarli col il caso
Newtoniano. La scelta del modello non-Newtoniano è affidata allo studente.
4) Si analizzi la dinamica di una colonna d'acqua (altezza h, spessore w) in aria poggiata su un piano
solido in presenza di gravità (caso a: h = 1 cm, w = 0.5 cm, caso b: h = 0.1 mm, w = 0.05 mm, in
ambo i casi angolo di contatto tra solido e liquido θ = 90°).
5) Come 4 ma θ = 120°.
6) Come 4 ma θ = 60°.
7-9) Come 4-6 ma si ponga la goccia a distanza d = 5 h dalla parete
Suggerimenti e note:
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Tutte le simulazioni sono 2D
Verificate che la discretizzazione spaziale e temporale che utilizzate permetta di risolvere
correttamente il problema (esempio, aumentate la risoluzione e verificate che il risultato è
analogo)
Prima di iniziare la tesina completare i tutorial “Lid-driven-Cavity” e “Breaking of a dam” del
tutorial di OpenFOAM
Paragonare i risultati con eventuali risultati presenti in letteratura (la ricerca bibliografica è
affidata allo studente) e con predizioni teoriche (ove possibile)
Assicurarsi di aver chiaro quali sono le equazioni risolte, le condizioni iniziali e quelle al bordo
In rete ci sono forum e wiki dedicati a OpenFOAM. Usateli.
