Trapping and hopping of bipolarons in DNA: Su-Schrieffer-Heeger model calculations
在考虑溶剂极化和外加电场影响的Su-Schrieffer-Heeger模型下，我们证明了双极化子可能比双极化子更稳定.在高电场作用下，阳离子通过一系列的跳跃过程在DNA中移动很长的距离，由于非绝热效应，部分阳离子瞬间失去其构型。
2005-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Charge transport in poly(dG)-poly(dC) and poly(dA)-poly(dT) DNA polymers
我们研究了由单一类型碱基对组成的合成DNA聚合物中的电荷输运。在类极化子模型的背景下，其中的电子紧束缚系统和双螺旋的键振动耦合，我们提出了估计的电子振动耦合强度利用量子化学过程。关于极化子溶液的迁移率的后续研究，代表了与其相关的螺旋变形一致的局部电荷的状态，表明聚（dG）-聚（dC）和聚（dA）-聚（dT）DNA聚合物的系统，分别具有定量不同的传输特性。虽然前者支持单向移动的电子呼吸归因于高效的长程导电性，呼吸的迁移率在后者的情况下是比较克制的抑制电荷传输。我们的结果与最近的实验结果一致，表明聚（dG）-聚（dC）DNA分子作为半导体纳米线，并表现出更好的电导比聚（dA）-聚（dT）的。
2003-08-01 cond-mat.soft nlin.AO nlin.PS
Acceleration of DNA Replication of Klenow Fragment by Small Resisting Force
DNA聚合酶是一类重要的酶或分子马达，其在DNA复制期间催化进行性DNA合成。DNA聚合酶的一个关键问题是它们进行DNA复制的分子机制。我们以前提出了一个DNA聚合酶化学机械偶联模型，并在此基础上预测了DNA聚合酶I的Klenow片段在外力作用下的DNA复制速度。在这里，我们进行了单分子测量Klenow片段的复制速度下的外力，通过使用磁镊。单分子数据定量验证了以前的理论预测，这是关键的DNA聚合酶的化学机械耦合机制。Klenow片段的一个显著特征是复制速度与辅助力无关，而复制速度随着阻力的增大而增大，在3.8pN左右达到最大值，然后随着阻力的进一步增大而减小。
2021-10-29 cond-mat.soft
Manning free counterions fraction for a rod-like polyion - short DNA fragments in very low salt
我们定量的曼宁自由（未凝聚）抗衡离子馏分$θ$的稀释溶液的棒状聚离子-150 bp的DNA片段，在非常低的盐$<0.05$毫米。电导率测量的DNA水溶液中的浓度范围$0.015\leq c \leq 8$毫米（bp）的DNA聚离子扩散系数$D_p(c)$的荧光相关光谱（FCS）测量的补充。我们观察到归一化电导率$σ(c)/c$的交叉，其在$c=0.05-1$ mM范围内几乎减半，而$D_p(c)$保持相当恒定，正如我们通过FCS建立的。通过对这些数据的分析，提取了$θ(c)=0.30 - 0.45$，并考虑了曼宁不对称场对电导率的影响，得到了$θ(c)=0.40-0.60$。我们将$θ(c)$变异与在极低盐环境中发生的DNA逐渐变性以及DNA浓度本身的降低联系起来。实验$θ(c)$范围的极值出现在最高（高于1 mM）和最低（低于0.05 mM）DNA浓度附近，分别对应于dsDNA和ssDNA的理论$θ$值。因此，我们确认曼宁凝聚和电导率模型是有价值的描述棒状聚离子的稀溶液。
2011-01-05 cond-mat.soft
Stacking correlation length in single-stranded DNA
本研究利用光镊对短嘌呤序列进行解链实验并提出螺旋-线圈模型，测量了单链DNA的堆积能与相关长度，发现双螺旋稳定性主要源于碱基堆积。
2024-11-17 cond-mat.soft
Spin injection into a short DNA chain
用转移矩阵方法研究了DNA短链在铁磁电极上的量子自旋输运。我们描述了一个紧束缚模型的参数提取的实验数据和现实的金属能带系统。对于铁磁铁电极，发现30碱基对Poly（G）-Poly（C）DNA的磁阻在<4V的偏压下低于10%，但在5V的偏压下可以达到20%。当自旋-翻转耦合较弱，但是随着耦合变得较强，减小的磁阻发展出振荡行为。
2005-12-19 cond-mat.soft
Dependence of the nature of the Holstein polaron motion in a polynucleotide chain subjected to a constant electric field on the initial polaron state and the parameters of the chain
本文研究了多核苷酸分子链中极化子在恒定电场中的运动。结果表明，极化子在链中的运动特性不仅与链的参数有关，而且与链中电荷的初始分布有关。结果表明，对于一个小的设定值的电场强度和链参数的固定值，只改变链中的电荷的初始分布，它是可以观察到的电荷沿链的均匀运动，或电荷运动的振荡模式。
2021-11-25 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Photoemission study of poly(dA)-poly(dT) DNA : Experimental and theoretical approach to the electronic density of states
我们目前的紫外光电子能谱研究人工合成的聚（dA）-聚（dT）DNA分子的$p$型硅衬底上。为了比较，我们还提出了电子态密度（DOS）计算使用\emph{ab initio}紧束缚方法的基础上密度泛函理论（DFT）。实验结果与理论计算结果吻合较好。硅衬底上DNA网络的光谱表明，衬底的费米能级位于DNA带隙的中间。厚（$\sim 70$ nm）DNA膜的光谱显示与网络样品相比$\sim 2$ eV的向下偏移。
2004-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Device-spectroscopy of magnetic field effects in a polyfluorene organic light-emitting diode
我们在聚芴有机磁阻元件中进行电荷诱导吸收与电致发光光谱。我们的实验使我们能够测量单重态激子，三重态激子和极化子密度在一个活的设备下施加磁场，并区分三种不同的模型，提出了解释有机磁电阻。这些模型是基于不同的自旋相关的相互作用，即激子形成，三重态激子-极化子猝灭和双极化子形成。结果表明，随着磁场的增加，单重态激子、三重态激子和极化子的密度以及电导率都增加。我们的数据与激子形成和三重态激子极化子猝灭模型不一致。
2007-05-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Vertex pinning and stretching of single molecule DNA in a linear polymer solution
本研究发现中性线性聚合物溶液中高于阈值电场的轴向电场可使单分子DNA以顶点钉扎于微通道壁并反向拉伸，撤电场后逐步弛豫释放，该方法可实现高通量高质量单分子DNA成像，并提出了水化层排出促进钉扎的机制假设。
2024-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Ratcheting charged polymers through symmetric nanopores using pulsed fields: Designing a low pass filter for concentrating DNA
我们提出了一个新的概念，结合了纳米流体棘轮，纳米孔易位和脉冲场的轮廓长度的DNA分子的分离。使用朗之万动力学模拟，我们表明，它是可能的设计脉冲场序列棘轮捕获的半柔性分子在这样一种方式，只有短链成功易位，有效地转换成一个低通分子过滤器的纳米孔过程。我们还表明，非对称脉冲可以显着提高器件的效率。该过程本身可以用许多孔并行进行，并且应该可以将其直接整合到纳米孔测序设备中，从而增加其潜在的实用性。
2023-01-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coupling between denaturation and chain conformations in DNA: stretching, bending, torsion and finite size effects
我们进一步开发了耦合DNA中的变性和链构象的统计模型（Palmeri J，Manghi M和Destainville N 2007 Phys. Rev. Lett. 99 088103）。我们的离散螺旋蠕虫链模型明确考虑了三个弹性自由度，即聚合物的拉伸，弯曲和扭转。通过整合这些外部变量，构象熵有助于气泡成核（碱基对的打开），这揭示了DNA解链机制。由于单体长度、弯曲模量和扭转模量的值在dsDNA和ssDNA中显著不同，因此这些效应是重要的。此外，我们探讨在这种情况下，一个额外的循环熵的作用和分析有限尺寸的影响，在实验的情况下，polydA-polydT是由两个G-C链，以及自由聚合物夹紧。
2008-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
DNA thermal denaturation by polymer field theory approach: effects of the environment
我们分析了环境（溶剂质量，存在的扩展结构-拥挤的环境）的影响，可能会影响变性和有界DNA状态之间的过渡顺序，并导致DNA链的构象特性的标度律的变化。我们发现，所研究的效果显着影响的强度的一阶过渡。为此，我们重新考虑波兰-Scheraga模型和应用聚合物场论计算熵指数与变性环分布。对于$d = 3$的情况下，相应的发散$ε= 4-d$扩展评估通过恢复其收敛通过remation技术。对于空间维度$d = 2$，从将聚合物模型映射到二维随机晶格上推导出指数，即，在存在量子引力的情况下。我们还表明，一阶跃的存在下，进一步加强了扩展的不可渗透的区域在溶剂中，限制了大分子配置的数量。
2021-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sequence-dependent Three Interaction Site (TIS) Model for Single and Double-stranded DNA
我们开发了一个强大的粗粒度模型为单链和双链DNA表示每个核苷酸的三个相互作用位点（TIS）位于质量中心的糖，磷酸盐和碱。由此产生的TIS模型包括碱基堆积，氢键，静电相互作用以及键拉伸和键角电位，占DNA的聚合物的性质。拉伸和弯曲电位的力常数的选择是由玻尔兹曼反演程序使用一个大的代表性的一组DNA结构提取的蛋白质数据库。使用学习程序计算堆叠相互作用中的一些参数，这确保了忠实地再现实验测量的二聚体的熔融温度。在没有任何进一步调整的情况下，基于TIS模型的计算再现了实验测量的单链DNA（ssDNA）的大小的盐和序列依赖性，以及聚（dA）和聚（dT）链的持久长度。有趣的是，在施加机械力时，聚（dA）的延伸表现出一个平台，我们追踪到堆叠的螺旋结构域的形成。与此相反，聚（dT）的力-延伸曲线（FEC）是熵的起源，并可以通过一个标准的聚合物模型来描述。我们还表明，双链DNA的持久长度与基于蠕虫状链的预测是一致的。的持久长度，随着盐浓度的增加而减少，是符合Odijk-Skolnick-Fixman理论，旨在为刚性链杆极限附近。在仅基于PDB结构和二聚体的解链曲线的初始构建之后不需要调整任何参数的应用范围证明了ssDNA和dsDNA的TIS模型的可转移性和稳健性。
2018-02-05 cond-mat.soft q-bio.BM
Unexpected swelling of stiff DNA in a polydisperse crowded environment
我们研究的构象的DNA样的刚性链，其特征在于轮廓长度（$L$）和持久性长度（$l_p$），在各种拥挤的环境中含有单分散的软球（SS）和spherocylinocyanate（SC）颗粒，SS和SC的混合物，和模仿$E. coli.$细胞质中的蛋白质的组合物的环境。刚性链，其大小适度增加，在SS crowders高达$ϕ\approx 0.1$，是相当紧凑的低体积分数（$ϕ\leq 0.2$）在单分散SC颗粒比在含有SS颗粒的介质。在相同的$ϕ$下，SS和SC拥挤剂的1：1混合物比纯SS或SC拥挤剂诱导更大的链压缩，其效果是高度非加和的。我们还发现了一个违反直觉的结果，即多分散拥挤环境，模仿细胞裂解物的组成，溶胀DNA样聚合物，这与相同环境中柔性聚合物的尺寸减小形成鲜明对比。捕获的刚性链在一个波动的管状环境中所创造的大型拥挤解释了急剧增加的大小和持久性长度的刚性链。在模拟细胞环境的多分散介质中，通过$L/l_p$测定DNA（或相关RNA）的大小。在低的$L/l_p$下，聚合物的尺寸不受影响，而在中等值的$L/l_p$下，聚合物的尺寸急剧膨胀。我们使用这些结果来提供见解最近的实验拥挤效应的RNA，也使可检验的预测。
2015-08-13 cond-mat.soft q-bio.BM
Electrostatic Contribution to Twist Rigidity of DNA
研究了静电对DNA扭转刚度的贡献，发现双螺旋糖-磷酸骨架的库仑自能对DNA的扭转刚度有重要贡献，DNA的静电扭转刚度为$C_{\rm elec}\approx 5$ nm，约占其总扭转刚度（$C_{\rm DNA}\approx 75$ nm）的7%.然而，发现静电扭转刚度仅微弱地依赖于盐浓度，这是由于两种不同屏蔽机制之间的竞争：（1）由本体中的盐离子进行的德拜屏蔽，以及（2）由沿螺旋线骨架的周期性电荷分布进行的结构屏蔽。结果表明，静电作用可以使螺旋结构稳定或不稳定，这取决于不同的参数。
2003-05-11 cond-mat.soft q-bio.BM
Encapsulation of DNA by cationic diblock copolymer vesicles
用相差显微镜、偏振光显微镜、荧光显微镜和扫描电镜研究了阳离子二嵌段共聚物聚（丁二烯-b-N-甲基4-乙烯基吡啶）[PBd-b-P4 VPQ]对dsDNA片段（轮廓长度54 nm）的包封。用单乳液技术实现包封。为此，将DNA水溶液在有机溶剂（甲苯）中乳化并通过两亲性二嵌段共聚物稳定。PBd嵌段形成界面刷，而阳离子P4 VPQ嵌段与DNA复合。有机溶剂的质量的随后变化导致PBd刷的塌陷和胶囊的形成。在胶囊内，DNA被压缩，如交叉偏振器下的双折射纹理的外观和标记的DNA的荧光强度的增加所示。胶囊也可以分散在水性介质中以形成囊泡，条件是它们在外相中用渗透剂（聚乙二醇）稳定。结果表明，一旦渗透压下降到105 N/m2以下或如果支持介质的离子强度超过0.1 M，DNA就从囊泡中释放出来。该方法也已被证明是有效的封装pUC 18质粒在亚微米大小的囊泡和该方法的普遍适用性已被证明通过制备的电荷反转系统：阳离子聚（乙烯亚胺）封装的阴离子二嵌段聚（苯乙烯-b-丙烯酸）。
2004-10-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Inferring the effective thickness of polyelectrolytes from stretching measurements at various ionic strengths: applications to DNA and RNA
借助于厚链模型，我们讨论了聚合物的拉伸响应如何受到其有限厚度所带来的自回避效应的影响。通过大量的随机模拟进行了表征的力与延伸曲线的厚链。计算结果被捕获的分析表达式，用于适应实验拉伸测量进行DNA和单链RNA（聚-U）在各种解决方案。这种策略使我们能够推断两种生物相关的聚电解质，即DNA和聚-U，不同的离子强度的表观直径。由于两种分子的柔性程度非常不同，结果提供了对表观直径如何受到（溶液依赖性）德拜屏蔽长度和聚合物“裸”厚度之间的相互作用的影响的见解。对于DNA，静电的有效半径，$Δ$的贡献，被发现是大约5倍以上的德拜屏蔽长度，与以前的理论预测一致的高度带电的刚性棒。对于更灵活的聚-U链的静电贡献$Δ$被发现是显着小于德拜屏蔽长度。
2006-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Electrophoresis of a DNA Coil Near a Nanopore
受纳米孔附近DNA电泳的启发，我们考虑了“细长射流”周围的流场，细长射流是一种将动量注入液体的细长源。该解定性地描述了长刚性聚合物周围的电渗流，其中由于电流体动力学耦合，溶剂从电场接收动量。基于细长射流溶液的定性行为，我们开发了一种粗粒度的方案，该方案再现了关于长刚性聚合物和聚合物线圈在均匀场中的电泳行为的已知理论结果，然后我们利用该方案分析了聚合物线圈在纳米孔附近的非均匀场中的电泳。
2013-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Direct measurements reveal non-Markovian fluctuations of DNA threading through a solid-state nanopore
聚合物链穿过小孔是聚合物动力学中的经典问题，并且是纳米孔传感技术的基础。然而，在固态纳米孔中的聚合物运动的重要实验方面，例如在移位期间的速度变化的准确测量，仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们分析了易位通过锥形石英纳米孔的7 kbp的DNA双链标记的六个标记物沿其轮廓等距。这些标记，构建从DNA发夹，提供直接的实验访问的易位动力学。平均而言，我们测量到在移位期间速度降低5%。我们还发现了一个惊人的相关性的衰减常数为100 μs的速度波动。这些结果揭示了迄今尚未解决的问题，在动力学的DNA易位，并提供指导实验，试图确定沿DNA链的位置信息。
2016-07-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Impact of magnetic fields on polaron dynamics in low-dimensional systems
Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院博戈留博夫理论物理研究所）；Durham University（杜伦大学）
本文研究了磁场对低维系统中极子动力学的影响，通过数值方法分析了电子-晶格相互作用和磁场强度对极子行为的作用。
2026-03-10 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
C-A test of DNA force fields
DNA双链体可以在与蛋白质的复合物中局部强烈弯曲，例如与聚合酶或在核小体中。在这种弯曲处，DNA螺旋局部处于非典型形式A（具有狭窄的大沟和大量的north糖）或C（具有狭窄的小沟和大量的BII磷酸盐）。为了通过分子动力学方法模拟这种复合物的形成，需要力场来再现裸DNA的这些构象转变。我们分析了现有的实验数据的B-C和B-A转换的条件下容易实现的建模：在NaCl水溶液中。我们选择了六个DNA双链体，其在不同盐浓度下的构象是足够可靠的。在低盐浓度下，聚（GC）和聚（A）分别为B-型、经典型和略微向A-型转变。双链体ATAT和GGTATACC对A型具有强的盐浓度依赖性偏好。聚合物聚（AC）和聚（G）在高盐浓度下分别呈C-和A-形式。这些低聚物的行为的再现可以用作DNA力场中糖-磷酸骨架的碱基堆积和构象灵活性之间相互作用的平衡的测试。我们测试了AMBER bsc 1和CHARMM 36力场以及它们的混合体，我们未能重现实验。在所有力场中，盐浓度依赖性都很弱。琥珀力场的亲B性被证明是由于其超强的碱基堆积的亲B性。在CHARMM力场中，B型是亲A碱基堆积（特别是G：C对）和亲C骨架之间脆弱平衡的结果。最后，我们分析了最近的一些模拟的LacI-，SOX-4-，和Sac 7 d-DNA复合物的形成的框架下的琥珀力场。
2022-11-19 cond-mat.soft physics.comp-ph q-bio.BM
