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水是人类和地球上的所有生物赖以生存的物质基础。在人类和其他生物体中,水是许多生化反应的反应物,并且绝大部分的活动都是以水作为载体发生的。因此,水对生物具有不可替代的作用和意义。碳纳米管由于其独特的结构和优秀的物理化学性质,在纳米领域内有广阔的应用前景。在恰当的参数设置下,水在碳纳米管中会形成稳定的一维水链结构,其在管内的输运和翻转规律有许多有趣的特点。研究水和其他生物分子在蛋白质通道内的输运规律,对认识生命活动中的微观过程,探究生物体中信号传输的特点具有重要意义。各种有机物分子和带电离子都是由水作为溶剂通过细胞上的蛋白通道的,各种生物电信号也是在含水环境中传递的。但是蛋白质通道包含复杂的结构和特性,对微粒和生物电信号的传递的影响并不明确,所以不适合作为以水为载体的信号传递的分子动力学模拟中的精确模型。但碳纳米管也可以作为一种通道,并且其结构简单,在一些条件下具有与蛋白质通道相近的特点。所以碳纳米管与水的体系非常适合用来模拟水在生物通道中的输运行为和生物电信号在通道中的传递等物理过程。现有的一些研究成果已经证明,水分子作为一种极性分子,其偶极子的朝向可以由电场调控,所以碳纳米管内的水分子应当也可以受外加的电荷或者电场控制。现有一些分子动力学模拟的结果就显示,外加电场可以实现管内水偶极子取向和流通方向的调控。本文中,我们通过分子动力学模拟的方法,使用单壁碳纳米管和SPCE模型水分子,对受限于碳纳米管中的一维水分子链进行研究。我们探究了平衡状态下一维水链上偶极子取向的分布概率。发现以碳纳米管管轴方向为参照物时,偶极子取向既有与管轴方向相同的也有相反的,分布在两个方向上的概率几乎相等。我们也探究了外加电荷情形对偶极子取向的调控作用,发现一个单位元电荷就可以使管内水链上的偶极子取向发生变化,并且这种变化会沿着整条水链上的偶极子前进,所有偶极子的取向都会变得趋于一致。当在碳纳米管附近添加一个正电荷时,偶极子取向会与管轴方向夹角较小,当添加负电荷时,偶极子取向会与管轴方向夹角较大。这说明电荷信号可以转化为偶极子的取向这个状态信号,并且这一信号可以沿着水链进行传递。我们还探究了在碳纳米管附近引入了周期性振动电荷的情形,以此来模拟周期性电信号对一维水链偶极子的调控作用。这也是为了模拟生物电信号对通道中粒子的驱动作用。模拟结果显示,在矩形信号的驱动下,碳纳米管内的水分子会出现周期性的翻转行为,也就是偶极子的取向在周期性变化。这说明周期性的电信号也可以转化为取向这个状态信号,并且该信号可以沿着管道内的一维水链进行传递。在信号转化和传递的过程中,信号的响应时间会受到驱动电荷的电性控制,信号的传递距离和稳定性还会受到电荷振动周期长短的影响。