Mesoscale Simulation

메조스케일 시뮬레이션은 정확하지만 계산 비용이 높은 원자 수준 방법과, 물질을 균일한 연속체로 다루는 연속체 모형 사이를 잇는다. 조대화(coarse-graining) 분자동역학(molecular dynamics)에서는 여러 원자를 하나의 상호작용점(interaction site)으로 묶어 계산 비용을 줄이고, 수백만 입자를 마이크로초 규모로 시뮬레이션한다. 이 영역에서는 고분자 코팅(polymer coating) 나노입자가 질서 배열을 이루고, 블록 공중합체(block copolymer)가 주기적 나노구조를 형성하며, 하이드로겔 네트워크가 팽윤(swelling)하고 변형된다. 모두 산란 실험(SAXS)과 전자현미경(TEM)으로 관측한 결과와 직접 견줄 수 있는 현상이다.

나노입자 자기조립: 접합(grafted) 사슬의 수, 길이, 구조에 따라 고분자 코팅 나노입자가 어떤 결정 구조로 배열되는지 예측

병솔형 고분자 접합: 분지형(branched) 고분자를 나노입자에 접합하여 코팅의 대칭을 깨고 입자를 2차원 질서 패턴으로 유도하는 과정 규명

고분자 브러시 고갈 상호작용: 고분자 브러시(polymer brush) 층이 그 안에 삽입된 단백질과 입자에 가하는 힘 측정. 생체막 조직화에 관련

하이드로겔 역학: 단순화된 분자 모형으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 강성과 팽윤 거동 예측

전원자(all-atom) 시뮬레이션과 실험 산란·현미경 데이터(SAXS, TEM, AFM)에 견주어 조대화 모형을 개발하고 검증한다. 이 모형으로 수백만 상호작용점을 담은 계를 마이크로초 규모로 시뮬레이션한다.

Yu et al., Advanced Science (2024), 접합 고분자의 이중 영역 배좌(conformation)

Kim et al., Langmuir (2025), 병솔형 고분자(bottlebrush polymer)에 의한 나노입자 조립

Rho et al., ACS Appl. Mater. Interfaces (2025), MARTINI를 이용한 하이드로겔 탄성

Yu et al., Chemical Physics Reviews (2025), 리뷰: 구조화 거대분자(macromolecule)의 자기조립(self-assembly)