Polymer translocation through extended patterned pores in two dimensions: scaling of the total translocation time
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali（印度科学教育研究所穆哈里分校）；National Centre for Biological Sciences-TIFR（国家生物科学中心-塔塔基础研究所）
本研究通过分子动力学模拟揭示了二维扩展图案化孔道中聚合物穿出时间的标度关系，发现穿出时间与链长和孔道长度的非线性关系。
2026-02-10 cond-mat.soft
Driven translocation of a flexible polymer through an interacting conical pore
我们使用Langevin动力学模拟研究了柔性聚合物通过相互作用的锥形孔的驱动易位。我们发现，对于一个固定值的外力和孔聚合物的相互作用强度，在孔内的单体的平均停留时间显示出非单调的变化与孔顶角$α$。我们解释这种行为使用自由能参数明确占孔聚合物的相互作用和外部驱动。我们的理论观察证实了模拟结果的平均易位时间的孔聚合物的相互作用和外部驱动力的变化。
2021-02-16 cond-mat.soft
Theory of polymer translocation through a flickering nanopore under an alternating driving force
我们开发了一个理论，通过振荡纳米孔的时间依赖性的力驱动的聚合物易位。为此，我们扩展了等通量张力传播理论（IFTP）[Sarabadani \textit{et al., J. Chem. Phys.}，2014，\textbf{141}，214907]用于这种设置。我们假设孔隙中的外部驱动力具有随时间振荡的分量，并且闪烁孔隙类似地由孔隙摩擦中的振荡项来描述。除了数值求解模型，我们推导出的解析近似与数值模拟吻合得很好。我们的研究结果表明，通过控制力或孔隙振荡，易位过程可以加快或减慢取决于振荡的频率和特征时间尺度的过程。我们还表明，虽然在低和高频率的限制易位时间$τ$遵循既定的标度关系，相对于链长$N_0$，在中频制度的小周期性波动的动态标度可以有剧烈的影响。结果可以很容易地概括为非周期性振荡，并阐明了时间依赖性的力量和驱动聚合物易位孔振荡的作用。
2015-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active polymer translocation through flickering pores
利用Langevin动力学模拟研究了均聚物在驱动力作用下通过活性通道的单列移位。它示出的粘性壁和振荡宽度的通道可以导致显着更有效的易位相比，静态通道，具有等于振荡孔的平均宽度的宽度。易位的增益表现出对孔的粘性的强烈依赖性，这可以允许聚合物易位过程是高度选择性的。
2011-11-28 cond-mat.soft
Translocation Dynamics with Attractive Nanopore-Polymer Interactions
使用Langevin动力学模拟，我们研究了聚合物-孔相互作用对生物聚合物通过纳米孔易位的动力学的影响。我们发现，一个有吸引力的相互作用可以显着改变易位动力学。这可以通过检查总移位时间$τ\approx τ_1+τ_2+τ_3$的三个分量来理解，这三个分量分别对应于孔的初始填充、聚合物从\textit{cis}侧转移到\textit{trans}侧和孔的排空。我们发现，动态的最后一个过程的孔的排空的变化，从非激活激活的性质，作为吸引力的相互作用的强度增加，和$τ_3$成为占主导地位的贡献，总的易位时间为强吸引力。这导致$τ$作为驱动力和链长的函数的新的依赖性。我们的结果与最近的实验结果非常一致，并为在固态纳米孔中观察到的不同标度行为提供了可能的解释{ \it vs.}天然$α$ -溶血素通道。
2008-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven translocation of a polymer: role of pore friction and crowding
通过考虑单体-孔摩擦以及在膜的{ \it反式}侧上单体的“拥挤”来研究大分子通过纳米孔的力驱动的移位，所述单体的“拥挤”抵消了作用于孔中的驱动力。推导并数值求解了易位动力学的控制微分代数方程组。对该溶液的分析表明，单体在反式侧的拥挤几乎不影响动力学，但单体-孔摩擦可以大大减缓移位过程。此外，移位指数$α$的移位时间对链长的标度律，$τ\propto N^α$，变得更小时，单体孔摩擦系数增加。这对于相对较强的力是最明显的。我们的研究结果可以解释各种各样的$α$值，发现在实验和计算机模拟。
2014-10-03 cond-mat.soft
Translocation of short and long polymers through an interacting pore
我们进行二维朗之万动力学模拟电场驱动的聚合物易位通过一个有吸引力的纳米孔。我们调查的吸引力区域的位置，使用不同的孔图案的效果。发现这对作为链长的函数的易位时间和对聚合物进入频率都有影响。我们定性地比较我们的结果与现有的实验数据。
2013-02-12 cond-mat.soft
Polymer translocation under time-dependent driving forces: resonant activation induced by attractive polymer-pore interactions
我们使用$N$ -粒子Langevin动力学模拟研究了聚合物在随时间变化的驱动力下的驱动易位。我们认为，无论是正弦振荡的时间或二分噪声与指数相关时间，模仿合理的实验设置和自然发生的生物条件。此外，我们认为这两种情况下，纯粹的排斥性聚合物-孔相互作用和额外的有吸引力的聚合物-孔相互作用的情况下，通常发生在生物孔内。我们发现，相互作用的性质从根本上影响易位动力学。对于非吸引性孔，随着驱动力频率的降低，易位时间跨越到快速易位状态。在吸引孔的情况下，由于孔内诱导的自由能阱，移位时间可以在力的最佳频率下最小，即所谓的共振激活。在后一种情况下，我们研究了各种物理参数对共振激活的影响，并使用简单的理论论据解释了我们的观察结果。
2012-12-09 cond-mat.soft
Driven translocation of a polynucleotide chain through a nanopore--A continuous time Monte-Carlo study
利用连续时间Monte-Carlo方法，我们模拟了多核苷酸链在电场驱动下通过纳米孔的移位。我们已经使用了两个模型的驱动扩散由于电场。链可以与孔具有强相互作用，并且取决于链的哪一端首先进入孔。根据这种相互作用，在这两种情况下，在我们的模型中的链通过孔的时间分布被发现有三个峰，如Kasianowicz，Brandin，Branton和Deamer（KBBD）的实验中所观察到的。
2006-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaling exponents of Forced Polymer Translocation through a nano-pore
我们研究了移位均聚物通过一个薄的孔驱动的外部领域内存在的孔只使用Langevin动力学（LD）模拟在三维（3D）的几个标度特性。特别是最近的几个理论和数值研究，显然是相互矛盾的动机，我们确定的平均易位时间，质心的平均速度，$<v_{CM}>$，易位过程中的有效回转半径的标度指数的链长依赖性，以及作为移位时间的函数的移位坐标的标度指数（$s$ -坐标）。我们进一步讨论的可能性，在驱动易位的情况下，有限的孔径和它的几何形状可能是负责的veclocity标度指数小于统一和讨论的范围内的$N$这里研究的孔的几何形状上的标度指数的依赖关系。
2008-11-10 cond-mat.soft
Sequence dependence of DNA translocation through a nanopore
我们调查的DNA易位通过纳米孔使用二维Langevin动力学模拟的动力学，侧重于易位动力学的依赖于DNA序列的细节。在这项工作中研究的DNA分子是建立从两种类型的碱基$A$和$C$，这已被证明有不同的相互作用与孔。我们研究了具有不同$n$值的重复块$A_nC_n$的DNA，发现易位时间强烈地依赖于{ \em块长度} $2n$以及{ \em取向}哪个碱基首先进入孔。因此，我们证明了通过纳米孔测量DNA的移位动力学可以产生关于其结构的详细信息。我们还发现，嵌段序列的周期性包含在单个核苷酸在孔内的停留时间的周期性中。
2007-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer Translocation througha Pore in a Membrane
我们建立了一个新的统计物理模型，聚合物通过膜中的孔易位作为跨越自由能垒的扩散过程处理。我们确定的易位时间在链的灵活性产生的熵垒，以及在跨膜化学电势差和布朗棘轮的驱动机制，如条款。事实证明，虽然化学电势差由于聚合物的长链性质而引起对易位的显著影响，但棘轮抑制了这种影响和链柔性。
1998-02-10 cond-mat.soft
Polymer translocation through a nanopore under a pulling force
我们研究聚合物易位通过纳米孔下的拉力使用Langevin动力学模拟。我们着重研究了链长$N$和拉力$F$对移位时间$τ$的影响。对于强$F$，$τ$的分布是对称的和窄的。我们发现中度和重度$F$的$τ\sim N^{2}$和易位速度$v\sim N^{-1}$。对于无限宽的孔，观察到$τ$作为$F$的函数的三种状态。随着$F$的增加，对于弱$F$，$τ$独立于$F$，然后对于中等$F$，$τ\sim F^{-2+ν^{-1}}$独立于$F$，其中$ν$是Flory指数，对于强力，它最终与$τ\sim F^{-1}$交叉。对于窄孔，甚至对于中等力的$τ\sim F^{-1}$。最后，单体$s$和单体$s+1$离开孔的等待时间对于接近链末端的$s$具有最大值，这与聚合物在孔内由外力驱动的情况相反。
2007-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of DNA translocation through an attractive nanopore
我们调查的动力学DNA易位通过纳米孔驱动的外力使用Langevin动力学模拟在两个维度（2D）研究如何易位动力学依赖于DNA序列的细节。我们考虑由两个碱基$A$和$C$构建的DNA的粗粒度模型，其具有不同的碱基-孔相互作用，{ \textit例如}，孔与孔内的基底$A$（$C$）之间的强（弱）吸引力。通过对含有重复单元$A_mC_n$的异源DNA的一系列研究，我们发现易位时间随碱基$C$的体积分数$f_C$呈指数下降。%（$ε_{pC} < ε_{pA}$）。对于具有$f_C \le 0.5$的较长$A$序列，易位时间强烈地取决于DNA的取向，即哪个碱基首先进入孔。我们的研究清楚地表明，对于具有重复单元$A_mC_n$的一定长度$N$的DNA，由单个碱基的等待时间和它们的周期性所表现出的模式可以明确地分别确定$m$、$n$和$N$的值。因此，这一现象的前瞻性实验实现可能会导致快速和有效的序列检测技术。
2008-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of pore-driven and end-pulled polymer translocation dynamics through a nanopore: An overview
本文综述了基于等通量张力传播（IFTP）理论的聚合物在纳米孔中迁移动力学理论的最新进展。本文利用IFTP理论和广泛的分子动力学（MD）模拟方法研究了柔性和半柔性聚合物的孔驱动易位以及柔性链的端拉情形。IFTP理论的有效性可以通过单体的等待时间分布来量化，这些分布揭示了易位过程的动力学细节。IFTP理论允许的易位过程的参数自由的描述，并可以用来获得精确的分析缩放形式在适当的限制，包括由于孔隙摩擦的影响，出现作为一个有限大小的修正渐近缩放。我们表明，在孔驱动的半柔性和端拉的聚合物链的IFTP理论的情况下，必须增加一个明确的{ \it反}侧摩擦长期的易位过程的定量描述。
2018-10-15 cond-mat.soft
Translocation through a narrow pore under a puling force
我们采用三维分子动力学来模拟由外力驱动的聚合物通过纳米孔的移位。研究了三种不同孔径和两种不同外力作用下的迁移情况。为了了解聚合物和孔相互作用对迁移时间的影响，我们研究了9种不同的相互作用能。此外，为了更好地理解模拟结果，我们研究了聚合物的质心，形状因子和单体分布通过移位。研究结果表明，在增大聚合物-孔相互作用能的同时，随着孔径的增大，聚合物-孔相互作用能的增加。结果的形状分析表明，聚合物的形状是非常敏感的相互作用能。在高相互作用下，单体从两侧靠近孔。因此，易位开始时变快，最后变慢。
2019-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Passage Times for Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore
我们研究了不同孔径$b$和膜厚度$L$的聚合物在没有外场的情况下的易位过程。该聚合物执行劳斯和爬行动力学。聚合物从细胞中逃逸所需的平均移位时间$<τ_t>$和聚合物在移位过程中在孔中花费的平均停留时间$<τ_d>$遵循聚合物长度$N$、$L$和$b/R_g$的比例关系，其中$R_g$是聚合物的回转半径。我们解释这些关系使用简单的参数的基础上聚合物动力学和聚合物的平衡性质。
2006-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Translocation of polymers with folded configurations across nanopores
通过分析简单的离散随机模型，从理论上研究了具有折叠构型的聚合物在膜孔中的传输。的易位动力学被视为两个事件的序列：通过通道的折叠段的运动，然后由聚合物的线性部分。由于聚合物分子与孔之间的相互作用不同，折叠链段和线性链段的转变速率不同。结果表明，移位时间依赖于折叠段的长度短的聚合物和弱的外场，而它变得单调的长分子和大的字段。此外，有一个关键的聚合物和孔之间的相互作用，分离两个动态制度。对于较强的相互作用，折叠的聚合物移动较慢，而对于较弱的相互作用，线性链易位是最快的。此外，我们的计算表明，折叠不改变的易位标度性能的聚合物。这些现象可以通过聚合物的折叠链段和线性链段的移位距离和转变速率之间的相互作用来解释。理论结果适用于分析实验易位通过固态纳米孔。
2007-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling Polymer Capture and Translocation by Electrostatic Polymer-Pore Interactions
聚合物易位实验通常涉及阴离子聚电解质，例如驱动通过带负电荷的纳米孔的DNA分子。因此，聚合物捕获到纳米孔然后易位的定量建模需要考虑由电荷相似的聚合物-孔相互作用产生的静电势垒。为此，在这项工作中，我们耦合平均场水平的电流体动力学方程与Smoluchowski形式主义的静电势垒，电泳漂移，和电渗透液体流动之间的相互作用的特征。特别是，我们发现，由于不同的离子密度制度的盐屏蔽的漂移和屏障效应发生，存在一个特征盐浓度最大限度地提高屏障限制的聚合物捕获到孔的概率。我们还表明，在障碍占主导地位的制度，聚合物的易位时间与膜电荷呈指数增长，并与孔半径和盐浓度呈指数衰减快。这些结果表明，这些参数在势垒驱动制度的改变可以是一种有效的方式来控制的易位过程的持续时间，并促进更准确的测量的离子电流信号在孔。
2017-05-11 cond-mat.soft
Translocation through conical pores: A direction-dependent process
生物分子跨细胞膜的运输是一种重要的现象，在生物细胞的功能中起着关键作用。在本文中，我们调查这样的过程中，通过一个锥形通道，从较宽的开口到锥形通道的窄端的聚合物的易位建模。我们用分子动力学方法来研究这个问题。不同的锥形孔几何形状和聚合物长度对易位动力学的影响由总易位时间$τ$和等待时间分布$w(s)$的行为确定。通过研究聚合物链段的速度分布（$v_{s}$）来跟踪聚合物链段从锥形通道的窄端的逃逸。为了证明非对称孔对易位动力学的影响，我们比较了从锥形通道的两端的易位过程。我们发现这两个过程中的易位动力学的显着差异，这是与实验研究一致。我们已经考虑了各种刚性的影响，并增加聚合物链的长度，对这两种类型的过程。该研究可用于发现通过不对称通道从定向依赖向定向非依赖的转运过程的转变。
2022-10-30 cond-mat.soft
Effect of Inhomogeneity in Translocation of Polymers through Nanopores
从理论上讨论了具有非均匀结构的聚合物在纳米孔中的运动。具体而言，我们认为易位动力学的聚合物组成的双链和单链块。由于只有单链链可以穿过纳米孔，因此双链区段必须在移位之前解压缩。利用一个简单的分析模型，易位时间明确计算不同的聚合物取向，即，当单链嵌段首先进入孔时和当双链片段是前导片段时。分析了易位动力学与外场、双链链段相互作用能、聚合物尺寸和双链单体比例的关系。研究发现，进入孔隙的顺序对迁移动力学有显著影响。使用自由能景观参数的理论结果进行了讨论。
2006-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translocation of links through a pore: effects of link complexity and size
我们已经使用朗之万动力学模拟被迫易位的连接聚合物环通过一个狭窄的孔。对于固定大小（即固定数目的单体），易位时间取决于连接类型和环是否打结。对于具有两个未打结环的连接，环之间的交叉可以减慢易位，并且在交叉穿过孔时造成延迟。结果落在一组相对平滑的曲线上，不同的链接家庭的易位时间并不总是增加的交叉数在同一家庭。当一个环打结时，结果取决于连接是素的还是复合的，对于复合的情况，它们取决于打结的环还是未打结的环首先进入孔隙。我们发现一个类似的情况下，3-组件的链接，其结果取决于是否链接是总理或复合。这些结果有助于我们理解细丝之间的纠缠复杂性如何影响它们的易位动力学，并且应该有助于扩展纳米孔传感技术来探测这些系统的拓扑性质。
2020-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Pore-blockade Times for Field-Driven Polymer Translocation
我们研究了一个易位聚合物的长度$N$，驱动的三维空间中的孔的字段$E$的孔封锁时间。聚合物表现出劳斯动力学，即，我们考虑在没有流体动力学相互作用的情况下的聚合物动力学。我们发现，典型的时间孔保持堵塞在易位事件的规模为$\sim N^{(1+2ν)/(1+ν)}/E$，其中$ν\simeq0.588$是聚合物的弗洛里指数。与我们以前的工作，我们表明，这种缩放行为源于聚合物动力学在紧邻的孔-特别是，记忆效应的聚合物链张力不平衡的孔。这个结果，以及其他几个小组的数值结果，违反了文献中早先提出的下限$\sim N^{1+ν}/E$。我们讨论了为什么这个下限是不正确的，并显示，基于能量守恒，正确的下限为场驱动易位的孔封锁时间是由$ηN^{2ν}/E$，其中$η$是周围的聚合物的介质的粘度。
2008-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Adsorption assisted translocation of a chain molecule through a pore in a spherical vesicle
我们分析的自由能易位的聚合物从外部的球形囊泡的内部。该过程被认为是驱动的聚合物的内表面上的囊泡的吸附。我们认为，在聚合物被吸附在外表面上的情况下，易位的熵势垒是不存在的。我们分析了吸附能，并找到该过程的自由能分布。我们认为，该运动对应于一个聚合物穿越一个区域，每段自由能的变化。基于我们先前对此类问题中扭结行为的分析，我们得出结论，易位可以发生在交叉时间$t_{cross}\sim N$内。
1999-08-28 cond-mat.soft
Anomalous Dynamics of Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore
我们考虑一个聚合物的长度$N$易位通过一个狭窄的孔在没有外部领域。迄今为止，对其据称的异常动态的描述仍然不完整。我们发现，聚合物动力学是异常的，直到Rouse时间$τ_{R}\sim N^{1+2ν}$，通过孔的均方位移与$t^{(1+ν)/(1+2ν)}$一致，与$ν\approx0.588$的弗洛里指数。这被证明是直接相关的衰减时间的过量单体密度附近的孔作为$t^{-(1+ν)/(1+2ν)}\exp(-t/τ_{R})$。在劳斯时间之外，易位变得扩散。因此，与先前的权利要求相反，停留时间$τ_{d}$（易位聚合物通常在孔内花费的时间）标度为$N^{2+ν}$。
2007-09-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Non-monotonous translocation time of polymers across pores
针对波纹通道中聚合物扩散系数随聚合度非单调变化的问题，提出基于Fick-Jacobs方法的有效自由能模型，经数值验证吻合良好，推导得扩散系数极小值对应链长的标度关系，可用于无外场流的聚合物尺寸分离多孔吸附器设计。
2023-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer Translocation in Crowded Environments
我们研究了细胞质的拥挤性质对聚合物通过膜孔易位的影响。通过系统地处理由于拥挤的熵罚，我们表明，易位动力学显着改变，导致新的缩放行为的易位时间的链长。我们还观察到新的和定性不同的易位制度，这取决于拥挤的程度，跨膜化学势的不对称性，和聚合物的长度。
2007-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulations of Two-Dimensional Unbiased Polymer Translocation Using the Bond Fluctuation Model
我们使用键波动模型（BFM）来研究在聚合物上没有外力的情况下，长度为$N$的移位聚合物在二维上的孔封锁时间（即，无偏易位）和流体动力学相互作用（即，聚合物是劳斯聚合物）通过窄孔。使用BFM的早期研究得出结论，孔阻塞时间与聚合物长度成比例，如$τ_d \sim N^β$，与$β=1+2ν$，而最近的一些研究与不同的聚合物模型产生的结果与我们最初预测的$β=2+ν$一致。这里$ν$是聚合物的Flory指数; 2D中的$ν=0.75$。在本文中，我们表明，对于BFM，如果模拟扩展到更长的聚合物，声称的缩放$τ_d \sim N^{1+2ν}$不再持有。我们的有限尺寸效应的特点，并研究在BFM中的单个单体的流动性。特别是，我们发现，在BFM中，在孔附近的个别单体的流动性在垂直于膜的方向上受到严重抑制。在对抗这种抑制的BFM的修改（但可能在动态中引入其他伪影）之后，表观指数$β$显著增加。我们的结论是，BFM模拟不排除我们的理论预测无偏易位，即$β=2+ν$。
2010-01-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Easier sieving through narrower pores: fluctuations and barrier crossing in flow-driven polymer translocation
我们表明，注入到纳米通道的聚合物链变得更容易，通道变得更窄。这个反直观的结果出现，因为减少的扩散时间尺度的链增加限制。通过扩展de Gennes blob模型得到了这些结果，并通过混合分子动力学-格子-Boltzmann模拟得到了证实.
2012-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Enhanced polymer capture speed and extended translocation time in pressure-solvation traps
基于纳米孔的生物测序技术的效率需要通过带相同电荷的孔快速捕获阴离子聚合物，然后是延长的易位过程。我们表明，这个条件可以通过设置一个压力溶剂化陷阱。多价阳离子添加到KCl溶液中触发了电荷相同的聚合物-孔吸引力。吸引力加速了压力驱动的聚合物捕获，但也将分子捕获在孔出口处，减少了聚合物捕获时间并将聚合物逃逸时间延长了几个数量级。通过与易位实验的直接比较[D. P. Hoogerheide等人，ACS Nano 8，7384（2014）]，我们还表征了聚合物在压力-电压阱中传输的电流体动力学。我们推导出标度律，可以准确地再现实验测得的聚合物易位速度和时间的压力依赖性。我们还发现，在聚合物捕获过程中，易位分子上的静电势垒减慢了液体流动。该预测确定了流动电流测量作为探测静电聚合物-孔相互作用的潜在方式。
2018-05-30 cond-mat.soft
Polymer translocation through a nanopore under an applied external field
我们研究了聚合物在外加电场作用下通过纳米孔的动力学行为，采用了具有单段Monte Carlo移动的二维波动键模型。我们重点研究了场强$E$、链长$N$和孔长$L$对强制移位的影响。作为我们的主要结果，我们发现了一个交叉缩放的易位时间$τ$与链长从$τ\sim N^{2ν}$相对较短的聚合物$τ\sim N^{1 + ν}$较长的链，其中$ν$是弗洛里指数。我们证明，这种交叉是由于改变的易位速度v上的链长的依赖性。对于相对短链的$v \sim N^{- ν}$，其与长链聚合物的$v \sim N^{- 1}$交叉。其原因是随着PDMATHAMN的增加，在孔的出口附近存在高密度的片段，这由于链的缓慢松弛而减慢了易位过程。对于长纳米孔的情况，其中$R_\parallel $，即沿着孔的回转半径$R_{g}$，小于孔长度，我们发现移位时间与链长度没有明显的比例关系。然而，对于大的$N$，渐近缩放$τ\sim N^{1 + ν}$被恢复。在这种情况下，$τ$几乎不依赖于$L$。我们以前已经发现，对于一个聚合物，这是最初放置在中间的孔，有一个最小的逃逸时间为$R_\parallel \approx L$。我们在这里表明，这个最小值持续为弱场$E$，使$EL$小于某个临界值，但消失为大值的$EL$。
2006-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Polymer translocation through nano-pores in vibrating thin membranes
聚合物移位是下一代DNA测序技术的一个有前途的策略。然而，生物和合成纳米孔的使用仍然存在严重的缺点。特别是，膜层的宽度可以同时容纳几个碱基，使得精确测序应用变得困难。最近，石墨烯膜的使用为新的测序能力铺平了道路，其中包括测量横向电流的可能性。这些新的膜的厚度减少提出了新的问题上的变形性和振动的膜的易位过程中，这两个功能没有考虑到在完善的理论框架的影响。在这里，我们朝着这个方向迈出了第一步。我们报告的数值模拟工作的模型系统足够简单，允许收集显着的洞察力，这些功能的平均易位时间的影响，具有适当的统计意义。我们已经发现，热波动和纳米孔的变形性能之间的相互作用在确定过程中起着至关重要的作用。最后，我们讨论了进一步工作的新方向。
2016-12-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Passage Times for Polymer Translocation Pulled through a Narrow Pore
我们研究了长度为$N$的易位聚合物在三维空间中的通过时间，同时将其通过一个狭窄的孔，并将恒定的力$F$施加到聚合物的一端。在小到中等的力下，满足条件$FN^ν/k_BT\lesssim1$，其中$ν\approx0.588$是聚合物的Flory指数，我们发现$τ_N$，聚合物离开孔所需的平均时间，与$F$无关地缩放为$N^{2+ν}$，与我们早先的F=0结果一致。在强力下，即，对于$FN^ν/k_BT\gg1$，通过时间的行为与$τ_N\sim N^2/F$交叉。我们在这里表明，这些行为源于聚合物动力学在紧邻的孔-特别是，记忆效应的聚合物链张力不平衡的孔。
2007-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Sequencing of semiflexible polymers of varying bending rigidity using patterned pores
我们研究了易位的半柔性聚合物通过扩展孔与图案的粘性，使用Langevin动力学模拟。我们发现，易位时间动力学上的孔图案化的后果是戏剧性的，强烈依赖于聚合物刚度和孔-聚合物相互作用的相互作用。对于沿其长度具有周期性变化的刚度的非均相聚合物，我们发现序列的嵌段大小和取向的变化导致易位时间分布的大变化。我们展示了如何利用这一事实来制定一个有效的测序策略。该策略涉及具有图案化表面能量学的多个孔，可以高度准确地预测具有不同弯曲刚度的杂聚物序列。
2018-05-01 cond-mat.soft
Theoretical modeling of polymer translocation: From the electrohydrodynamics of short polymers to the fluctuating long polymers
驱动聚合物易位通过纳米孔的理论公式是复杂的孔电流体动力学和非平衡聚合物动力学的构象聚合物波动起源的组合。在这篇综述中，我们讨论了建模的聚合物易位在不同的制度，短和长的聚合物，这两种效果解耦。对于短聚合物的情况下，聚合物的波动可以忽略不计，我们提出了一个刚性的聚合物模型，包括详细的电流体动力学力的易位分子。我们首先表明，电流体动力学理论可以准确地描述流体静压的压力-电压驱动的聚合物捕获实验中的聚合物移位速度和时间的依赖性。然后，我们讨论了静电相关机制负责实验观察到的DNA迁移率反转通过添加多价阳离子在固态孔，和聚合物捕获率的快速增长通过添加单价盐在$α$ -溶血素孔。在聚合物波动盛行的长链聚合物的相反制度，我们审查的等通量张力传播（IFTP）理论，可以表征在单段水平的易位动力学。IFTP理论适用于各种聚合物移位和拉动情况。我们讨论了预测的理论完全灵活和棒状孔驱动和端拉易位的情况下，精确的分析结果可以推导出的易位时间与链长和驱动力的缩放。
2018-12-18 cond-mat.soft
Effect of Anomalous Dynamics on Unbiased Polymer Translocation
在本文中，我们研究了聚合物的长度$N$易位通过一个狭窄的孔的微观动力学。迄今为止，对其据称的异常动态的描述仍然不完整。我们发现，聚合物动力学是异常的，直到Rouse时间$τ_{R}\sim N^{1+2ν}$，通过孔的均方位移与$t^{(1+ν)/(1+2ν)}$一致，与$ν\approx0.588$的弗洛里指数。这被证明是直接相关的衰减时间的过量单体密度附近的孔作为$t^{-(1+ν)/(1+2ν)}\exp(-t/τ_{R})$。在劳斯时间之外，易位变得扩散。因此，与先前的权利要求相反，停留时间$τ_{d}$（易位聚合物通常在孔内花费的时间）标度为$N^{2+ν}$。
2007-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Evaluating the Applicability of the Fokker-Planck Equation in Polymer Translocation: A Brownian Dynamics Study
布朗动力学（BD）模拟用于研究粗颗粒聚合物通过圆柱形纳米孔的移位动力学。我们考虑短聚合物的情况，聚合物长度N在N=21-61的范围内。移位速率由纳米孔内单体的可调摩擦系数gamma_{0p}控制。在非受迫移位的情况下，平均移位时间与聚合物长度N成比例为<tau_1>~（N-N_p）^α，其中N_p是纳米孔中单体的平均数量。当孔隙摩擦足够高时，指数接近值α =2，这与孔隙摩擦占主导地位的准静态制度的情况下的预测一致。在强制移位的情况下，对于低gamma_{0p}，聚合物链分别在顺式和反式侧拉伸和压缩。然而，对于足够大的gamma_{0p}，链接近构象准平衡。在此极限下，观察到<tau_1>的驱动力和链长的缩放支持FP预测，其<tau>与足够强的驱动力的N/f_d成比例。蒙特卡罗模拟用于计算系统的易位自由能函数。自由能与Fokker-Planck方程一起用于计算易位时间分布。在足够高的gamma_{0p}，预测的分布是在良好的协议从BD模拟计算。因此，FP方程为这里考虑的聚合物长度范围的足够高的孔摩擦提供了易位动力学的有效描述。增加N将需要孔隙摩擦力的相应增加，以保持FP方法的有效性。在低N和高孔隙摩擦的范围之外，聚合物不平衡，FP方法无效。
2014-03-28 cond-mat.soft
Polymer translocation through a nanopore: a two-dimensional Monte Carlo simulation
我们研究了在没有外部驱动力的情况下聚合物通过纳米孔的易位问题。为此，我们使用二维（2D）波动键模型与单段蒙特卡罗移动。为了克服熵的障碍，没有人为的限制，我们考虑一个聚合物，这是最初放置在中间的孔，并研究所需的逃逸时间的聚合物完全退出孔的两端。特别地，我们研究了孔长度对逃逸时间的影响。
2005-10-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Iso-Flux Tension Propagation Theory of Driven Polymer Translocation: The Role of Initial Configurations
我们通过理论分析和分子动力学模拟研究了孔驱动聚合物迁移的动力学。利用常通量近似下的张力传播理论，我们导出了张力阵面的显式运动方程。由此，我们推导出平均易位时间$τ$的标度关系，其捕获渐近结果$τ\propto N_0^{1+ν}$，其中$N_0$是链长，$ν$是Flory指数。此外，我们推导出领先的校正到缩放项$τ$，并表明，所有条款的顺序$N_0^{2ν}$完全抵消，只留下一个有限的链长校正项，由于有效的孔隙摩擦，这是线性成比例的$N_0$。我们使用该模型数值包括在初始配置的聚合物链的波动，除了热噪声。我们发现，当{ \it顺}侧波动适当占，该模型不仅再现以前已知的结果，但也大大提高了估计的单体等待时间分布和时间演变的易位坐标$s(t)$，显示出良好的协议与MD模拟。
2014-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Influence of pore dielectric boundaries on the translocation barrier of DNA
我们研究了介电边界力对带电荷的刚性DNA片段通过固体中性纳米孔的易位过程的影响。我们评估静电的贡献易位的自由能垒的模型DNA片段通过评估的平均力的潜力，通过粗粒度的分子动力学模拟的极化效应的存在和不存在。感应极化电荷的影响已被考虑采用ICC*，最近开发的算法，可以有效地计算感应极化电荷上适当离散的介质边界。由于水具有比孔壁更高的介电常数，极化效应排斥界面附近的带电物体，具有显著增加自由能垒的效果。另一个研究的副作用是在诱导孔电荷存在的情况下带电聚合物周围反离子分布的变化。此外，我们还研究了向溶液中加入盐的影响。
2010-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Coarse-grained simulation of polymer translocation through an artificial nanopore
大分子通过纳米孔的移位是一个有趣的过程，在开发用于单分子分析的生物传感器以及药物递送和基因治疗中具有重要应用。我们已经进行了一个分子动力学模拟研究的带电聚合物通过人工纳米孔的电泳易位，以探索基于半导体的纳米孔设备的超快速DNA测序的可行性。该聚合物是由一个简单的珠-弹簧模型，旨在产生一个适当的粗粒度描述的磷酸盐骨架的DNA在无盐的水溶液中。单个易位事件的详细分析，以评估是否可以通过测量聚合物易位过程中的静电势的变化，通过纳米级的场效应晶体管检测到通过孔的个别离子的通道。我们发现，它是可能的，以确定对应于通过孔的抗衡离子的单一事件，但歧视的基础上的静电势的变化的聚合物链上的个别离子是有问题的。在易位过程中的几个不同的阶段被确定，其特征在于在聚合物构象的变化和由波动的电荷分布引起的内部电场的大小和方向的变化。反离子的凝聚分数对Bjerrum长度的依赖性导致聚合物构象的显着变化，这深刻地影响了电泳和易位的动力学。
2003-01-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Frequency-control of protein translocation across an oscillating nanopore
利用一种简化了链和孔几何结构的唯象粗粒度计算模型研究了脂质结合蛋白（LBP）的易位。我们通过分子动力学研究了在纳米孔存在下运输和展开之间的相互作用，纳米孔的截面以频率ω在时间上周期性振荡，这种运动通常被称为径向呼吸模式（RBM）。我们发现，当LPB被机械地拉入振动的纳米孔中时，其表现出在某些频率范围内被加速的移位动力学，并且显示出与孔动力学的频率锁定。孔振动的主要作用是抑制易位动力学的失速事件，因此，适当的频率调谐允许整个运输过程的正则化和控制。最后，模拟结果的解释是很容易实现诉诸基本驱动扩散过程的第一通道理论。
2018-04-17 cond-mat.soft
Controlling polymer translocation and ion transport via charge correlations
我们开发了一个相关校正的传输理论，以预测平均场静电击穿的物理条件下膜纳米孔的离子和聚合物传输特性。实验观察到的低KCl电导率的开放α-溶血素孔的表面极化效应的存在定量解释。当DNA分子渗透到孔中时，这些极化力与DNA的电中性相结合，为离子电流设置了一个下限，解释了稀离子浓度下阻塞孔电导率的弱盐依赖性。向溶液中加入多价反离子导致聚合物电荷的反转和电渗流的方向。对于三价亚精胺或四价精胺分子，电荷反转足够强以阻止聚合物的移位并逆转其运动。这种机制可以有效地用于易位实验，以通过最小化聚合物的易位速度来提高DNA测序的准确性。
2014-10-10 cond-mat.soft
Chain deformation helps translocation
研究了单链DNA在到达微孔前的移位过程中的变形。通过在合适的坐标系中求解拉普拉斯方程，并结合适当的边界条件，得到了细孔内外电场的近似解。基于“电流体动力学等效”的分析，我们确定了由于在孔入口附近存在电场梯度而导致带电聚合物延伸的可能性。与多尺度混合模拟（LB-MD），它示出了到达孔之前发生的有效变形，这有利于为最终单体找到入口的过程。我们还强调了远程流体动力学相互作用的作用，通过比较LB-MD结果与使用Langevin恒温器，而不是LB求解器。
2013-01-06 cond-mat.soft q-bio.BM
End-pulled polymer translocation through a many-body flexible pore
本文研究了均聚物在柔性孔道中的迁移特性。通道被建模为一个单层管由单体组成的两个弹性参数：弹簧状的两体相互作用和弯曲的三体召回的相互作用。为了保证系统的稳定性，膜由具有疏水体（内部）的脂质双层结构复合，而孔在两个边缘是亲水的。通过悬臂将聚合物从顺式侧端拉到反式侧，悬臂通过能够测量在移位期间作用在聚合物上的力的弹簧连接到悬臂。所有的结构都对聚合物单体的冲击作出反应，并通过其组成主体的运动产生振动。在这些条件下，由悬臂所做的工作表现出与弹性常数的非单调行为，揭示了在参数区域的共振行为。此外，力谱登记为时间的函数，能够记录孔内的聚合物进展的主要动力学。
2022-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Through the Eye of the Needle: Recent Advances in Understanding Biopolymer Translocation
近年来，聚合物易位，即，聚合物分子通过嵌入膜中的纳米尺寸的孔和通道的运输已经见证了强大的进步。现在可以以前所未有的空间和时间分辨率观察通过通道运动期间的单分子聚合物动力学。这些引人注目的实验研究激发了许多理论发展。在这篇简短的理论-实验综述中，我们讨论了这一领域的最新进展，重点讨论了在易位过程中聚合物动力学的非平衡方面。
2013-08-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer translocation under a pulling force: scaling arguments and threshold forces
通过纳米孔的DNA移位是下一代测序技术中最有前途的策略之一。大部分的实验和数值计算工作都集中在电泳偏置的聚合物移位上，其中拉力作用于纳米孔内的聚合物。然而，一种替代策略正在出现，它使用光学或磁性镊子。在这种情况下，拉力直接施加在聚合物的一端，这强烈地改变了移位过程。在本文中，我们报告的线性和结构化（模仿DNA）聚合物模型的数值模拟，足够简单，允许统计处理的孔结构的影响易位时间的概率分布。基于极其扩展的计算机模拟数据，我们：i）提出了扩展的预测易位时间$τ\sim N^{2}F^{-1}$在中等力范围内的缩放参数; ii）分析了孔尺寸和聚合物结构对易位时间$τ$的影响。
2017-11-29 cond-mat.soft
Fractional Brownian motion approach to polymer translocation: the governing equation of motion
我们提出了一个控制方程，它描述了聚合物链易位通过一个狭窄的孔的过程，并调和这种动力学的看似矛盾的功能：（一）高斯概率分布的易位的聚合物片段的数量在时间$t$后的过程已经开始，和（ii）一个子扩散增加的分布方差$Δ(t)$随着时间的推移，$Δ(t) \propto t^α$。后一个量测量已经通过孔的聚合物链段的均方数$s$，$Δ(t) = <[s(t)-s(t=0)]^2>$，并且已知以反常扩散指数$α< 1$生长。我们的主要假设-一个高斯分布的易位速度$v(t)$ -和一些重要的理论结果，最近得出的，被证明是支持广泛的布朗动力学模拟，我们在$3D$。我们还在数值上证实了在参考文献\cite{Kantor_3}中所作的预测，即指数$α$分别在短、中、长时间范围内从$0.91$变为$0.55$，再变为$0.91$。
2010-12-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic sensing of polynucleotides using patterned nanopores
利用Langevin动力学模拟研究了孔的微观结构对聚合物迁移的影响，并考察了在孔内引入图案化粘性的后果。据发现，易位过程是非常敏感的详细结构，这样的模式与易位时间的粘性的孔隙比指数依赖。移位过程的随机性导致具有不同序列的聚合物如何穿过特定图案的孔之间存在明显差异。这个概念是用来提出一个随机传感协议的多核苷酸，它表明，该方法，这将是显着快于现有的方法，可以任意强大。
2012-01-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Finite-size scaling in unbiased translocation dynamics
有限尺寸标度的论点自然地导致我们引入一个坐标依赖的扩散系数在福克-普朗克描述的无偏聚合物易位通过膜孔的后期动力学。的化学坐标的概率密度函数的解决方案相匹配的初始阶段subdiffusive制度，并考虑到平衡熵驱动。精确的标度关系连接的亚扩散指数的发散与聚合物的长度的易位时间，也在吸收边界的概率密度函数的奇异性。与$d=2$中数值模拟数据的定量比较有力地支持了模型和预测缩放的有效性。
2014-02-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of interaction between nanopore and polymer on translocation time
本文利用LAMMPS分子动力学（MD）软件，对聚合物的迁移过程进行了二维模拟.我们对弱力和中等力以及不同的孔径进行了模拟。我们的结果表明，在非平衡和平衡的初始条件下，易位时间总是增加结合能和/或增加孔径。此外，根据前人的研究，时间与力的标度指数为-0.9531。通过对平衡态和非平衡态初始条件的比较表明，迁移时间对初始条件非常敏感。在相互作用能为8k_B T时，弛豫聚合物的迁移时间比非平衡态的迁移时间小，即使在1k_B T的小能量下也是如此。
2018-04-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
Driven Polymer Translocation Through a Narrow Pore
在实验中，一个多核苷酸被驱动通过蛋白质孔的电场的动机，我们研究了通过一个狭窄的通道，它可能有强相互作用的聚合物螺纹的扩散运动。我们发现，有一个范围内的聚合物的长度，在该系统中是近似conventionally不变的，我们开发了一个粗粒度的描述这个政权。从该描述中，可以推导出聚合物通过孔的时间分布的一般特征。我们还介绍了一个更微观的模型。这个模型提供了一个物理上合理的方案，在实验中，聚合物的速度敏感地取决于它的化学成分，甚至取决于它在通道中的方向。最后，我们指出聚合物通过孔隙的时间的实验分布比简单估计的预期要广泛得多，并推测原因可能是这样。
1999-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Facilitated polymer capture by charge inverted electroosmotic flow in voltage-driven polymer translocation
基于纳米孔的生物传感工具的最佳功能需要从离子库中快速捕获聚合物。我们确定了一种离子相关诱导的运输机制，提供了这种条件下没有化学修饰的聚合物或孔表面。在带负电荷的硅基孔限制1：1电解质溶液的典型实验配置中，阴离子聚合物捕获受到静电聚合物-膜排斥和电渗（EO）流的限制。添加的多价阳离子抑制静电屏障并逆转孔电荷，反转将聚合物拖到反式侧的EO流的方向。这种反向EO流可用于加速从储层中捕获聚合物，并输送电泳无法控制的弱或不均匀带电聚合物。
2018-04-12 cond-mat.soft
Detection of polystyrene sphere translocations using resizable elastomeric nanopores
可调整大小的弹性体纳米孔已被用于测量由直径为200 nm和800 nm的羧化聚苯乙烯球引起的离子电流脉冲。纳米孔代表了一种新技术，其能够通过弹性体膜的宏观致动来实现孔的纳米级膨胀。采用三种不同的孔，具有可变的施加应变、跨膜电位、颗粒浓度和球半径。描述电流脉冲幅度的理论已扩展到锥形孔几何形状。介绍了一种接近噪声阈值的数据解释的一致方法，并使用实验数据比较了几种有效的、非破坏性的孔隙尺寸计算方法。最有效的模型强调的绝对脉冲大小，这主要是由开口半径在最西端的部分大致圆锥形的孔，而不是沿整个孔长度的配置文件。实验中进行的制度，其中电渗和电泳运输是显着的。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.ins-det
