Coupling Particle-Based Reaction-Diffusion Simulations with Reservoirs Mediated by Reaction-Diffusion PDEs
Coupling Particle-Based Reaction-Diffusion Simulations with Reservoirs Mediated by Reaction-Diffusion PDEs
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基于粒子的反应扩散模拟与反应扩散偏微分方程介导的储层耦合
DOI：
10.1137/20m1352739
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
M. D. Razo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Margarita Kostré;C. Schütte;Frank No'e;M. D. Razo
相互作用分子的开放生化系统在生命相关过程中无处不在。然而，已建立的计算方法，如分子动力学，仍然主要限于封闭系统和时间尺度太小，与生命过程无关。另外，基于粒子的反应扩散模型是目前在这些尺度上最准确和计算上可行的方法。它们的效率在于将整个分子建模为可以扩散并相互作用的粒子。在这项工作中，我们开发了基于粒子的反应扩散在一个开放的设置，其中水库介导的反应扩散偏微分方程的建模和数值方案。我们得到两个重要的理论结果。第一个是开放的扩散粒子系统的平均场;第二个是基于粒子的二级反应扩散系统的平均场。我们采用这两个结果开发一个数值方案，始终耦合粒子为基础的反应扩散过程与反应扩散偏微分方程。这允许建模开放的生化系统与水库，是时间依赖性和空间不均匀的，在许多相关的现实世界中的应用。
Open biochemical systems of interacting molecules are ubiquitous in life-related processes. However, established computational methodologies, like molecular dynamics, are still mostly constrained to closed systems and timescales too small to be relevant for life processes. Alternatively, particle-based reaction-diffusion models are currently the most accurate and computationally feasible approach at these scales. Their efficiency lies in modeling entire molecules as particles that can diffuse and interact with each other. In this work, we develop modeling and numerical schemes for particle-based reaction-diffusion in an open setting, where the reservoirs are mediated by reaction-diffusion PDEs. We derive two important theoretical results. The first one is the mean-field for open systems of diffusing particles; the second one is the mean-field for a particle-based reaction-diffusion system with second-order reactions. We employ these two results to develop a numerical scheme that consistently couples particle-based reaction-diffusion processes with reaction-diffusion PDEs. This allows modeling open biochemical systems in contact with reservoirs that are time-dependent and spatially inhomogeneous, as in many relevant real-world applications.
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影响因子：
2.3
作者：
Moraru II;Schaff JC;Slepchenko BM;Blinov ML;Morgan F;Lakshminarayana A;Gao F;Li Y;Loew LM
通讯作者：
Loew LM
影响因子：
2
作者：
Wang, HY;Peskin, CS;Elston, TC
通讯作者：
Elston, TC
介观反应扩散动力学的反应速率。
DOI：
10.1103/physreve.91.023312
发表时间：
2015-02
期刊：
Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics
影响因子：
--
作者：
Hellander S;Hellander A;Petzold L
通讯作者：
Petzold L
影响因子：
4.4
作者：
Heuett, WJ;Qian, H
通讯作者：
Qian, H