E-Locus - Institutional Repository of the University of Crete

Home Collections School/Department School of Sciences and Engineering Department of Applied Mathematics Doctoral theses

Doctoral theses

Current Record: 4 of 10

[Add to Basket]

Identifier

000407909

Title

Μαθηματική και υπολογιστική μοντελοποίηση σύνθετων μοριακών συστημάτων με πολλαπλές κλίμακες

Alternative Title

Mathematical and computational modeling of complex molecular systems in multiple scale

Author

Τσούρτης, Αναστάσιος

Thesis advisor

Χαρμανδάρης, Βαγγέλης

Reviewer

Τσαγκαρογιάννης, Δ.
Μακριδάκης, Χ.
Κατσουλάκης, Μ.
Τσόγκα, Χ.
Μακράκης, Γ.
Ζουράρης, Γ.

Abstract

The theoretical study of complex materials, through mathematical and computational modeling (computer simulations) of many-particle systems has been a vibrant field of study during the last decades. Such materi¬als are used in technological applications, ranging from nanotechnology, to aerospace engineering materials up to biomedical applications, drug design etc. Recently, there has been significant progress both in the level of an¬swering fundamental physical questions, and in the development of novel algorithms, numerical methods and simulations. At the same time there is a rapid increase in computer processing capabilities and architectures [1, 2]. Simulation techniques for such systems vary from quantum, to micro¬scopic (atomistic) up to mesoscopic (Coarse-Grained, CG) and to the contin¬uum level. In this thesis we develop novel mathematical and computational methodologies for studying molecular systems in multiple length scales. In more detail, we: (a) Develop/apply a sensitivity analysis methodology for the parameters of the model systems, by using ideas from information the¬ory in a probabilistic framework. (b) Examine different parameterization schemes of CG effective potentials, and (c) Propose a new CG parameter¬ization methodology based on rigorous cluster expansion techniques. The above numerical approaches can be used to a vast variety of different molec¬ular systems. Η θεωρητική μελέτη καθώς και οι υπολογιστικές προσομοιώσεις πολύ¬πλοκων μοριακών υλικών/συστημάτων, αποτελούν ένα ενεργό διεπιστημονικό πεδίο κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών. Υλικά τέτοιου είδους χρησι¬μοποιούνται σε τομείς με εφαρμογές από τη νανοτεχνολογία, τη βιοτεχνολογία εώς την αεροδιαστημική μηχανική, την βιο-ιατρική (π.χ. ανάπτυξη φαρμάκων) κ.α. Οι τεχνικές προσομοιώσεων μοριακών συστημάτων αφορούν διαφορετικές μεθοδολογίες σε ένα πολύ μεγάλο εύρος, από το κβαντικό στο μικροσκοπικό (ατομιστικό) επίπεδο, το μεσοσκοπικό (αδροποιημένο) έως και το συνεχές επίπεδο. Στην παρούσα εργασία αναπτύξαμε μια σειρά καινοτόμων μαθηματικών και υπολογιστικών μεθοδολογιών για τη μελέτη πολύπλοκων μοριακών συστη¬μάτων τόσο σε ατομιστικό όσο και σε αδροποιημένο επίεπεδο. Πιο συγκεκριμένα: (α) Αναπτύξαμε και εφαρμόσαμε μια ανάλυση ευαισθησίας στις παραμέτρους των μοριακών μοντέλων, χρησιμοποιώντας ιδέες από τη θεωρία πληροφορίας σε ένα πιθανοθεωρητικό πλαίσιο. (β) Εξετάσαμε διαφορετικές μεθόδους παραμετροποίησης αποτελεσματικών (δυναμικών) αδροποιημένων μοντέλων, για μια συστηματική μετάβαση από το μικροσκοπικό (ατομιστικό) στο μεσοσκοπικό επίπεδο. (γ) Παρουσιάσαμε μια νέα μεθοδολογία εξαγωγής των αδροποιημένων δυναμικών, η οποία βασίζεται σε τεχνικές αναπτυγμάτων ομάδων. Όλες οι παραπάνω τεχνικές δοκιμάστηκαν σε απλά μοριακά συστήματα, ενώ μπορούν περαιτέρω να χρησιμοποιηθούν σε ένα μεγάλο εύρος πιθανών πολύπλοκων μοριακών συστη¬μάτων.

Language

English

Subject

Molecular dynamics

Stochastic modeling

Μοριακή δυναμική

Στοχαστική μοντελοποίηση

Issue date

2017-03-17

Collection

School/Department--School of Sciences and Engineering--Department of Applied Mathematics--Doctoral theses

Type of Work--Doctoral theses