Master students Computational BioPhysics

Bij de leerstoel Computational Biophysics is over het algemeen een grote variëteit aan afstudeeropdrachten beschikbaar, waar de student naar eigen voorkeur uit kan kiezen. Het gemeenschappelijk kenmerk van deze opdrachten is het doen van statistische simulaties naar het collectieve gedrag van biologische systemen en complexe vloeistoffen. Dit kan zijn een polymerensmelt, van eiwit-complex, een colloïdale oplossing, aggregaten van amfifielen (zeep, celmembranen), een emulsie van oliedruppeltjes in water (melk, mayonaise), een fiber-netwerk in een cel, etcetera. Deze systemen hebben een rijk fasegedrag, kunnen zelf-assembleren, en/of vertonen niet-Newtons stromingsgedrag. Een meer gedetailleerde beschrijving van de aard van het werk volgt hieronder, alsmede het benodigde vakkenpakket en een overzicht van eerder uitgevoerde doctoraalopdrachten binnen de groep. Je kunt natuurlijk ook altijd even binnenlopen bij een van de leden van de groep.

statistische simulaties

Het onderzoek is erop gericht met numerieke simulaties de macroscopische eigenschappen van systemen bestaande uit veel deeltjes te relateren aan de eigenschappen van de afzonderlijke deeltjes en hun onderlinge wisselwerkingen. Deze deeltjes kunnen losse atomen zijn, maar ook polymeerketens of colloïden. De bewegingsvergelijkingen voor deze deeltjes volgen uit de klassieke mechanica, de vloeistofmechanica, of een combinatie van beiden.

In sommige gevallen kunnen we volstaan met het simuleren van de bewegingen van enkele duizenden atomen gedurende 10 tot 100 nanoseconden ( 1 ns = 10^-9 s). Zo'n berekening is binnen enkele dagen, dan wel weken, gepiept op een grote computer. Eigenschappen die we zo berekenen zijn bijvoorbeeld structuureigenschappen, vrije energie verschillen en transportgrootheden zoals diffusiecoëfficiënten en viscositeiten.

Maar in veel gevallen zijn we geïnteresseerd in processen waar veel meer atomen aan deelnemen, en/of processen die veel langer dan een dozijn nanoseconde duren. Denk bijvoorbeeld aan fasescheiding of het vouwen van een eiwit in een water omgeving. Voor deze systemen ontwikkelen we nieuwe simulatietechnieken. Door te coarse grainen, het construeren van nieuwe deeltjes die de essentiële eigenschappen van groepen atomen correct beschrijven, zijn we toch in staat het gedrag van complexe systemen te simuleren.

aard van het werk

Allereerst zij opgemerkt dat het onderzoek steeds bestaat uit numerieke simulaties. Het enige hulpmiddel dat daarbij gebruikt wordt is een computer. De ervaring leert dat studenten binnen enkele weken redelijk leren programmeren, en zeer bedreven raken in alle overige activiteiten die met een computer gedaan kunnen worden.

Het onderzoek bestaat steeds uit twee gedeelten. Allereerst moet de simulatie zelf worden uitgevoerd. Deze levert de data die later geanalyseerd moeten worden, en kan beschouwd worden als het 'experimentele' deel van het onderzoek. In veel gevallen wordt dit deel van het onderzoek uitgevoerd met een bestaand computerprogramma, net zoals een NMR spectrum wordt opgenomen met een bestaand NMR apparaat. Soms echter moeten kleine veranderingen in het programma worden aangebracht om de data te krijgen die voor het bestuderen van het probleem van dat moment nodig zijn. In andere gevallen, zoals bijvoorbeeld bij de bestudering van de reologie van polymeren, of de doorstroming van poreuze media door vloeistoffen, moet het programma dat de simulatie uitvoert in samenwerking met een AIO of een lid van de vaste staf worden geschreven.

De tweede fase bestaat in alle gevallen uit de analyse van de data. Dit is het moment waarop de fysisch relevante vragen gesteld moeten worden. De vertaling van deze vragen naar formules die met behulp van de data kunnen worden uitgerekend vormen het hart van het onderzoek. Uiteraard is enige kennis van de principes van de statistische thermodynamica hier noodzakelijk. De student leert wat allemaal mogelijk is met deeltjessimulaties, en in het bijzonder ook wat niet mogelijk is. De onvermijdelijke beperkingen van de rekencapaciteit dwingen de student na te denken over de fysica van het probleem, met als uiteindelijk resultaat een dieper inzicht in de microscopische achtergrond van het bestudeerde fenomeen.

vakkenpakket

De vakgroep biedt TN studenten een afstudeervak aan, waarvan de details hier te vinden zijn. Daarnaast raden we studenten aan om één of meerdere vakken uit geliëerde vakgroepen te volgen, zoals bijvoorbeeld voortgezette fysische stroomingsleer I & II (147017&8), turbulentie (147015), reometrie (149011) of microreologie (149013). Geïnteresseerde CT studenten wordt verzocht contact op te nemen met prof. Briels.

huidige doctoraalstudenten
	Adrian Verhoef	'Simulaties van polypropyleen'
eerder uitgevoerde doctoraalopdrachten
October 2003	Elske Leenders	Packing and band structure simulations of colloidal crystals for photonic applications
September 2003	Peter Mulder	Simulations of wormlike micelle entanglements
November 2002	Peter Kindt	Towards coarse grained simulation of diblock copolymer microphase separation
July 2002	Albert van den Noort	Parametrisering van een dissipative particle dynamics vloeistof
January 2002	Leon van Heijkamp	An MD study of the rheological properties of small n-alkanes
September 1998	Sonja Engels	Molecular dynamics simulations of the diatomic molecular crystal/melt system
August 1998	Johan Padding	Molecular dynamics of monodisperse polymer melts: towards a simulation model for entanglements
December 1997	Ismail Shah	Molecular dynamics simulations of hexane diffusion in zeolite ZSM-5
August 1997	Maarten Nollen	Molecular dynamics simulations of n-octane crystal-melt interfaces
May 1997	Jacob Hoogenboom	Molecular dynamics simulations of sorption and diffusion in the molecular sieve AlPO4-5
May 1997	Michiel Leerkes	Simulation of particles in fluids with the use of lattice Boltzmann-techniques
March 1997	Jan-Kees Walrave	Molecular dynamics simulations of poly(ethylene oxide)-water systems
June 1997	Jan-Willem Trenning	Simulating microscale textile mechanics in relation to washing processes
September 1996	Harald Tepper	Towards a crystal growth morphology of the Lennard-Jones crystal-melt system
August 1996	Janet van Dijk-Dijkstra	Molecular dynamics with induction. Application to oxygen diffusion in yttria stabilized zirconia
August 1996	Karin de Moel	Adsorption of argon on AlPO4-5. A Molecular dynamics simulation approach
August 1995	Reinier Akkermans	Molecular dynamics simulation of linear alkanes
May 1995	Marc in het Panhuis	Molecular dynamics simulations of block copolymers and surfactants
March 1995	Martijn Oversteegen	Molecular dynamics of hard ellipsoids
August 1994	Nico van der Vegt	Polymer liquids; a study of static and dynamic properties by means of molecular dynamics simulations
May 1994	Erik Wierts	Calculations of shear viscosity and development of a method to identify local structure in a hard sphere fluid, by means of molecular dynamics simulations
September 1993	Jean-Pierre van Sinderen	RIS, RISM, PRISM
August 1991	Rutger Koperdraad	Viscositeitsberekeningen aan de hand van moleculaire dynamicasimulaties