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
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
Polymer translocation into laterally unbounded confined environments
使用Langevin动力学模拟在三维（3D），我们调查的动力学的聚合物易位到两个平行的平面壁之间的区域与分离$R$下的驱动力$F$，分别。与开放环境相比，由于部分易位单体的拥挤效应，易位动力学发生了很大变化。易位时间$τ$最初随着$R$的增加而迅速减小，然后对于较大的$R$饱和，并且受限环境导致$τ$对$F$的非普遍依赖性。
2010-04-12 cond-mat.soft
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
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
Polymer Translocation Through a Long Nanopore
从理论上研究了聚合物通过膜中纳米孔的迁移。最近关于电压驱动的DNA和RNA通过纳米孔的易位的实验表明，孔的尺寸和几何形状是聚合物动力学中的重要因素。提出了一种理论方法，明确考虑到纳米孔的长度和直径的影响，聚合物运动穿过膜。结果表明，孔的长度是至关重要的聚合物易位动力学。本模型预测，对于现实条件（长纳米孔和大的外部场），有两个制度的易位取决于聚合物的大小：对于大于孔长度的聚合物链，易位的速度几乎是恒定的，而对于小于孔长度的聚合物链的速度随着聚合物尺寸的减小而增加。这些结果与实验数据相符。
2002-09-05 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
Directed translocation of a flexible polymer through a cone-shaped channel
对熵驱动的柔性聚合物在锥形通道中的定向迁移进行了理论研究和计算机模拟。对于给定的通道长度，作用在聚合物上的熵源的有效力被计算为通道顶角的函数。研究发现，易位时间是顶角的非单调函数。随着顶角从零开始增加，移位时间呈现出最小值，然后是最大值。此外，它被发现，无论顶角的值，易位时间是一个均匀的通道长度的递减函数。理论和仿真的结果是在良好的定性一致。
2012-11-13 cond-mat.soft
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
Polymer translocation through nanopore assisted by an environment of active rods
我们使用计算机模拟和等通量张力传播（IFTP）理论相结合，研究易位动力学的柔性线性聚合物通过纳米孔到由排斥性活性杆在2D的环境。我们证明，杆活动诱导的聚合物上的拥挤效应，导致一个时间依赖性的净力，有利于易位到活跃的环境。将这种力引入孔驱动易位的IFTP理论中，使我们能够详细地描述易位动力学，并推导出平均易位时间的标度形式为$\tildeτ \sim \tilde{L}_{\textrm{r}}^ν / \tilde{F}_{\textrm{SP}} $，其中$\tilde{L}_{\textrm{r}}$和$\tilde{F}_{\textrm{SP}}$分别是作用在杆上的杆长和自推进力，$ν$是Flory指数。
2020-11-09 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
Driven translocation of a semiflexible polymer through a conical channel in the presence of attractive surface interactions
我们研究了一个半柔性聚合物通过一个圆锥形通道与吸引力的表面相互作用和驱动力，在空间上变化的通道内的易位。使用的柔性聚合物的易位动力学通过一个扩展的通道作为控制的结果，我们首先表明，通道的不对称形状引起的非单调功能的总易位时间作为一个函数的通道的顶角。通道内单个单体珠粒的等待时间分布显示出强烈依赖于驱动力和表面相互作用的独特功能。聚合物刚度导致通道的所有角度的更长的移位时间。此外，作为通道角度的函数的移位时间的非单调特征随着聚合物变得更硬而显著改变，这反映在等待时间分布的变化特征中。我们构建了一个自由能描述的系统将熵和精力充沛的贡献，在低力制度来解释模拟结果。
2022-11-14 cond-mat.soft
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
Polymer translocation in an environment of active rods
我们认为，一个灵活的线性聚合物的易位过程中，通过一个纳米孔到环境中的{ \it反}侧的活性杆的动力学。使用Langevin动力学模拟，我们发现，即使最初有更多的单体在{\it反}侧的{\it顺}比在{ \it反}侧的杆促进易位。易位聚合物的结构分析表明，活性杆诱导折叠结构的{ \it反式}侧亚链的情况下，成功的易位事件。通过保持{ \it顺式}侧子链上单体的初始数量固定，我们绘制出一个状态图，成功的事件作为一个函数的棒数密度为各种系统参数。这揭示了在低密度和拥挤，阻碍易位在较高密度的杆之间的促进竞争。
2022-11-14 cond-mat.soft
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
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
Reply to the Comment on "Passage Times for Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore"
理论推导和数值验证提供了缩放的孔阻塞时间为$N^{2+ν}$的无偏易位在两个和三个维度，与$N$作为聚合物的长度和$ν$作为Flory指数的聚合物。聚合物执行劳斯动力学。
2007-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Markovian Description of Unbiased Polymer Translocation
我们执行，云计算资源的帮助下，广泛的Langevin模拟，提供了令人信服的证据，有利于一般的马尔可夫框架无偏聚合物易位。我们的统计分析包括仔细评估（i）两点关联函数的易位坐标和（ii）的经验概率的完整的聚合物易位（作为一个函数的初始数目的单体在膜的给定侧）。我们发现很好的协议来自马尔可夫链的方法最近在文献中提出的作者的预测。
2012-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Effect of charge distribution on the translocation of an inhomogeneously charged polymer through a nanopore
我们利用离散和连续的随机模型研究了电压驱动的不均匀带电聚合物通过纳米孔的易位。作为电荷分布对移位影响的简化说明，我们考虑了具有单个带电位点的聚合物在电荷和孔之间存在和不存在相互作用的情况下的移位。我们发现，在没有孔-聚合物相互作用的情况下，最大限度地减少易位时间的电荷的位置是由易位的熵成本决定的，最佳电荷位置是在棒状聚合物的链的中点，接近理想链的前导链端。有吸引力或排斥性的孔-电荷相互作用的存在下产生的最佳电荷的位置朝向链的尾端和前端的位移，分别。此外，我们的研究结果表明，强大的吸引力或排斥力之间的相互作用的电荷和孔延长易位时间相对于易位通过一个惰性孔。我们推广我们的结果，以适应存在多个带电的网站上的聚合物。我们的研究结果提供了深入了解电荷的不均匀性对蛋白质易位通过生物膜的影响。
2007-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Polymer translocation into and out of an ellipsoidal cavity
采用蒙特卡罗模拟研究了聚合物通过窄孔进入和离开椭球腔的易位。我们测量的聚合物自由能F作为一个函数的易位坐标，s，定义为已进入腔的键的数量。为了研究聚合物插入，我们考虑的情况下，驱动力作用于单体内的孔，以及单体吸引到腔壁。我们研究的变化F（S）的形状各向异性和体积的空腔，聚合物的长度，和驱动插入的相互作用的强度的变化。对于非热系统，自由能函数进行了分析，使用缩放的方法，在那里我们处理的聚合物的受限部分是在半稀释制度。自由能函数与Fokker-Planck方程一起用于测量平均易位时间以及易位时间分布。我们发现，聚合物的喷射和插入是更快的椭球形腔比球形腔。结果是在定性协议与朗之万动力学研究的情况下，弹射，但不插入。这种差异可能是由于FP方法中未考虑的平衡构象行为所致
2015-02-19 cond-mat.soft
Driven polymer translocation through nanopores: slow versus fast dynamics
我们调查的动力学聚合物易位通过纳米孔外部驱动下的三维Langevin动力学模拟，侧重于缩放的平均易位时间$τ$与聚合物的长度，$τ\sim N^α$。对于缓慢易位，即，在低驱动力和/或高摩擦下，我们发现$α\approx 1+ν\approx 1.588$，其中$ν$表示Flory指数。相反，观察到$α\approx 1.37$由于反式侧的高度变形的链构象而快速易位，反映了明显的非平衡情况。对于慢和快移位，移位时间对驱动力的依赖性分别由$τ\sim F^{-1}$和$τ\sim F^{-0.80}$给出。这些结果澄清了关于驱动易位标度指数$α$大小的争议。
2009-11-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-monotonous polymer translocation time across corrugated channels: comparison between Fick-Jacobs approximation and numerical simulations
我们研究了聚合物在变截面通道中的易位。使用系统的近似，我们推导出一个简化的模型，减少了问题的聚合物易位通过变截面通道的一个点样粒子的作用下的一个有效的潜力。这样的模型使我们能够确定控制聚合物动力学的相关参数，特别是它们的易位时间。通过比较我们的分析结果与数值模拟，我们表明，在适当的条件下，我们的模型提供了可靠的预测高斯和自避免聚合物的动态，在二维和三维的限制。此外，这两个理论预测，以及布朗动力学的结果，显示了非单调的依赖性的聚合物易位速度作为聚合物的大小的函数，一个功能，可以利用聚合物分离。
2017-07-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Effects of interaction between nanopore and polymer on translocation time
本文利用LAMMPS分子动力学（MD）软件，对聚合物的迁移过程进行了二维模拟.我们对弱力和中等力以及不同的孔径进行了模拟。我们的结果表明，在非平衡和平衡的初始条件下，易位时间总是增加结合能和/或增加孔径。此外，根据前人的研究，时间与力的标度指数为-0.9531。通过对平衡态和非平衡态初始条件的比较表明，迁移时间对初始条件非常敏感。在相互作用能为8k_B T时，弛豫聚合物的迁移时间比非平衡态的迁移时间小，即使在1k_B T的小能量下也是如此。
2018-04-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
Pulling a folded polymer through a nanopore
我们研究了折叠的线性聚合物在外力作用下通过纳米孔的移位动力学。为此，我们概括的等通量张力传播（IFTP）理论端拉聚合物易位包括两个部分的折叠聚合物同时穿越孔的情况。我们的理论是广泛的基准与相应的分子动力学（MD）模拟。折叠聚合物的移位过程可以分为两个主要阶段。在第一阶段，两个分支都穿过孔隙，并且它们的动力学是耦合的。如果分支不具有相等的长度，则存在第二阶段，其中较短分支的移位已经完成。利用两个分支的单体通量相等的假设，我们解析地推导了两个分支的运动方程，并从平均等待时间及其标度形式详细地描述了易位动力学。此外，MD模拟用于研究易位动力学的其他细节，如易位时间分布和单个单体的速度。
2019-12-17 cond-mat.soft
Translocation of an Active Polymer into a Circular Cavity
采用Langevin动力学（LD）模拟方法研究了活性半柔性聚合物通过纳米孔进入刚性二维圆形空腔的移位动力学和聚合物堆积动力学.结果表明，对于小空腔半径区域，即$R \ll R_{\textrm{g}}$，力指数$R_{\textrm{g}}$为$β=-1$，而对于大的$R \gg R_{\textrm{g}}$，力指数的渐近值为$β\approx -0.92$ .力指数由平均移位时间$\langle τ\rangle \propto F_{\textrm{sp}}^β$的标度形式定义，其中$F_{\textrm{sp}}$是自推进力。此外，使用腔内聚合物的转向数的定义，已经发现，在移位过程结束时，对于小的$R$值和在强的力极限下，聚合物构型比$R$值大或力弱的情况更规则。
2022-11-14 cond-mat.soft
Polymer translocation across a corrugated channel: Fick-Jacobs approximation extended beyond the mean first passage time
聚合物在波纹通道中的迁移是一个典型的随机过程，在不同的系统中都会遇到。当聚合物首次到达某个规定位置时的时间实例定义了由这种事件触发或控制的各种现象的重要特征时间尺度。在这里，我们讨论了易位动力学的高斯聚合物在一个波纹状的通道使用适当的广义Fick-Jacobs方法。我们的主要目的是通过确定FPTD的所谓变异系数$γ$（定义为标准差与平均首次通过时间（MFPT）的比值）来探测首次通过时间分布（FPTD）的有效宽度。我们提出了一个系统的分析$γ$作为一个功能的各种系统的参数。我们发现，$γ$从来没有显着下降到1以下，事实上，可以达到非常大的值，这意味着MFPT单独不能表征的第一次通过统计的易位过程详尽。
2019-01-29 cond-mat.soft
Polymer translocation into a fluidic channel through a nanopore
使用二维Langevin动力学模拟，我们研究了在驱动力$F$作用下，聚合物通过纳米孔易位到直径为$R$的流体通道中的动力学。由于拥挤效应诱导的部分易位的单体，易位动力学显着改变相比，一个无约束的环境，即，我们观察到的非普遍依赖的易位时间$τ$上的链长$N$。$τ$最初迅速下降，然后饱和与增加$R$，和$τ$与$N$的标度指数$α$的依赖性上的沟道宽度$R$观察。$τ$与$F$的另外的逆线性缩放被打破，并且我们观察到作为$F$的函数的$α$的最小值。这些行为被解释为在易位过程中通过孔的单个片段的等待时间。
2010-08-13 cond-mat.soft
Length-dependent translocation of polymers through nanochannels
我们考虑流动驱动的单聚合物链通过纳米通道的易位。使用基于de Gennes blob模型的解析计算和介观数值模拟，我们估计了不同数目的单体链的易位的阈值通量。链的易位是由熵和流体动力学效应之间的竞争控制的，这为链设置了一个临界穿透长度，然后才能易位通过通道。我们表明，聚合物显示出两种不同的易位制度，这取决于它们的限制下的长度相比，临界穿透长度。对于长于阈值的聚合物链，移位过程对链中单体的数目不敏感，如Sakaue { \it et al.}中所预测的，{ \it欧元。Phys. Lett.}，{ \bf 72} 83（2005）。然而，对于短于临界长度的链，我们发现易位过程强烈依赖于链的长度。我们讨论了我们的研究结果的生物运输的可能相关性。
2011-10-25 cond-mat.soft physics.chem-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
Dielectric trapping of biopolymers translocating through insulating membranes
通过基于纳米孔的移位技术对生物聚合物进行灵敏测序需要延长分子在孔中所花费的时间。我们发展了聚合物迁移的静电理论，表明迁移时间可以通过聚合物的介电捕获而延长。在稀盐条件下，低介电常数膜和大介电常数溶剂之间的介电对比引起聚合物的顺式和反式部分之间的吸引力相互作用。这种自吸引作用就像一个电介质陷阱，可以将易位时间提高几个数量级。我们还发现静电相互作用导致移位时间$τ$与聚合物长度$L$的分段缩放。在短的聚合物制度$L\lesssim10$ nm的外部漂移力占主导地位的静电聚合物相互作用，易位的特征在于漂移行为$τ\sim L^2$。在中间长度区域$10\;{\rm nm}\lesssim L\lesssimκ_{\rm b}^{-1}$中，其中$κ_{\rm b}$是德拜-休克尔屏蔽参数，介电陷阱接管漂移力。因此，增加聚合物长度导致易位时间的准指数增长。最后，在长聚合物$L\gtrsimκ_{\rm b}^{-1}$的范围内，盐屏蔽导致电介质陷阱的饱和，移位时间随$τ\sim L$线性增长。这种强烈偏离漂移行为突出了静电相互作用在聚合物易位中所起的重要作用。
2018-10-14 cond-mat.soft
Ionic current inversion in pressure-driven polymer translocation through nanopores
我们预测流动电流反转与多价抗衡离子在流体动力学驱动的聚合物易位事件从相关校正的电荷传输理论，包括平均场静电周围的电荷波动。在多价反离子存在下，静电多体效应导致DNA电荷的反转。阴离子对电荷反转的DNA分子的吸引使通过孔的离子电流的符号反转。我们的理论允许一个全面的理解所产生的流动电流的复杂功能。其潜在机制是一种有效的方法来检测DNA电荷反转的压力驱动易位实验与多价阳离子。
2015-02-01 cond-mat.soft
Polymer Translocation Dynamics in the Quasi-Static Limit
蒙特卡罗（MC）模拟被用来研究聚合物易位通过纳米孔的动力学的限制，其中易位速率是足够慢的聚合物保持构象准平衡的状态。该系统被建模为一个灵活的硬球链易位通过一个圆柱形孔在一个硬平壁。在一些计算中，纳米孔在一端连接到球形腔。使用MC动力学模拟直接测量易位时间。对于足够窄的孔，移位是足够慢的，平均移位时间与聚合物长度N成比例，根据<τ> \propto（N-N_p）^[2]，其中N_p是纳米孔中单体的平均数量;这种比例表明聚合物-纳米孔摩擦占主导地位的准静态状态。我们使用多重直方图方法来计算自由能随Q的变化，Q是用于量化移位程度的坐标。自由能函数与Fokker-Planck形式主义被用来计算准静态政权的易位时间分布。这些计算还需要摩擦系数，其特征在于数量N_{eff}，其动力学受纳米孔限制影响的单体的有效数量。这是通过将理论分布的平均值固定为从MC动力学模拟获得的分布的平均值来确定的。理论分布是在良好的定量协议与直接获得的分布由MC动力学模拟物理意义的值N_{eff}。窄孔系统的自由能函数表现出具有对纳米孔长度敏感的振幅的振荡。通常，较大的振荡幅度对应于较长的移位时间。
2013-03-16 cond-mat.soft
Influence of polymer-pore interactions on translocation
我们调查的影响，聚合物孔相互作用的易位动力学使用Langevin动力学模拟。吸引相互作用可以大大提高易位概率。同时，对于弱吸引力，它也缓慢地增加了易位时间，而对于强吸引力，观察到指数依赖性。当驱动力和链长固定时，随着吸引力的增加，易位时间的直方图从高斯分布向长尾分布过渡。在较弱的驱动力和较强的吸引力作用下，迁移时间和在孔中的停留时间均随链长的变化呈现非单调的变化规律。我们的模拟结果与最近的实验数据吻合得很好。
2007-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium dynamics of polymer translocation and straightening
当柔性聚合物被吸入局部小孔时，链最初只能局部响应，随后的非平衡过程与张力沿链骨架的传播一致。我们分析了这个动态过程，考虑到不均匀拉伸的聚合物与流体力学相互作用。对吸收时间的早期公式进行了批评，并提出了新的公式以及相关动力学变量的时间演化。
2007-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaling theory of driven polymer translocation
我们提出了一个理论论据，推导出平均易位时间$τ$和链长$N$驱动聚合物易位之间的标度律。这个比例定律明确考虑到孔聚合物的相互作用，这似乎是一个校正项渐近缩放，并负责在该过程中占主导地位的有限尺寸效应。通过消除对标度项的校正，我们引入了重新标度的移位时间，并通过采用布朗动力学张力传播理论[Ikonen { \it et al.}，Phys. Rev. E { \bf 85}，051803（2012）]和分子动力学模拟表明，重新标度的指数在模拟和实验容易接近的链长范围内达到渐近极限。的重新缩放程序也可以用来定量估计的大小的孔聚合物的相互作用从模拟或实验数据。最后，我们还考虑了驱动易位与流体动力学相互作用（HI）的情况。我们表明，通过增加BDTP理论与HI的理论和以前的模拟结果在文献中发现一个很好的协议。我们的结果表明，即使在这种情况下，$τ$和$N$之间的标度关系被保留。
2012-11-29 cond-mat.soft
Chaperone-assisted translocation of flexible polymers in three dimensions
蛋白质在体内遇到的一个过程是通过分子伴侣结合到聚合物的辅助下通过纳米级孔的聚合物移位。通过计算机模拟来研究相关模型在计算上要求很高。因此，以前的研究要么是三维的刚性聚合物，要么是二维的柔性聚合物。在这里，我们研究分子伴侣辅助易位的柔性聚合物在三维使用Langevin动力学。我们发现，结合机制的差异，更具体地说，无论是伴侣可以结合到一个单一的或多个网站上的聚合物，导致在三维易位动力学的实质性差异。我们表明，单绑定模式导致的动力学，这是非常相似的，在恒定的力驱动的易位，因此主要由顺式侧的张力传播。我们得到$β\approx 1.26$的指数的易位时间与聚合物长度的标度。这个相当低的值可以通过由于粘合颗粒引起的额外摩擦来解释。多位点结合导致易位，其动力学主要由反式侧决定。对于该过程，我们获得$β\approx 1.36$。该值可以通过我们推导的恒定偏置易位的$β= 4/3$来解释，其中易位的聚合物片段在反式侧形成小球。我们的研究结果为理解和利用分子伴侣辅助易位铺平了道路，其中微观细节的变化导致新兴动态的丰富变化。
2017-12-15 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
Critical adsorption controls translocation of polymer chains through lipid bilayers and permeation of solvent
蒙特卡罗模拟使用一个明确的溶剂模型表明，一个新的途径易位的聚合物链通过脂质双层。我们考虑了由具有给定疏水性的重复单元组成的聚合物链和自组织液体状态下的脂质双层的粗粒模型。通过改变疏水性的程度，链经历相对于脂质双层的吸附转变。接近转变点，在链的适当平衡的疏水性下，膜相对于链变得透明。同时，在靠近吸附链的区域，双层膜的溶剂渗透性大大增加。我们的研究结果表明，与波动的脂质双层相互作用的聚合物链的吸附的临界点可以发挥关键作用的分子通过生物膜的易位。
2012-05-21 cond-mat.soft
Confinement-driven translocation of a flexible polymer
我们考虑了一个灵活的，自我回避的聚合物链的逃逸出一个有限的几何形状。通过模拟，我们表明，易位时间可以描述一个简单的标度律，表现出非线性的依赖于聚合度，这是敏感的限制几何形状的性质。这些结果与早期的预测相矛盾，但与最近确认的约束自由能的几何相关的表达式是一致的。
2006-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Event distributions of polymer translocation
我们提出了广泛的Langevin动力学模拟获得的聚合物易位的事件分布。这种分布以前没有报道过，他们提供了新的理解的随机特性的过程。我们提取在一个高的长度尺度分辨率分布的聚合物片段，连续穿过纳米级孔。所得到的对数正态分布以及聚合物移位的特征表明，它是一个乘法随机过程。尽管其明显的失衡性质，强迫易位是令人惊讶的类似于非强迫的情况下。我们发现的形式几乎不变的分布与一个共同的截止长度。我们发现，个人的短段和短时间内的孔运动给缩放关系$τ\sim N^α$和$τ\sim f^{-β}$的聚合物易位。
2012-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
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
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
Active translocation of a semiflexible polymer assisted by an ATP-based molecular motor
在这项工作中，我们研究了跨膜纳米孔的聚合物的辅助易位，其中分子马达施加由ATP分子的水解提供燃料的力。在我们的模型中，马达在固定的时间内切换到其活动状态，同时等待ATP分子结合并触发脉冲，在指数分布的时间间隔内。聚合物被建模为珠弹簧链与排除的体积和弯曲的贡献，并在一个随机的三维环境中移动与Langevin动力学建模在固定的温度。由此产生的动力学表明，取决于链的灵活性的Michaelis-Menten易位速度。研究了不同弯曲度下平均迁移时间随聚合物长度的标度行为。
2017-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of driven translocation of semiflexible polymers
利用三维朗之万动力学模型研究了半柔性聚合物在力$f_d$驱动下在纳米尺度孔内的移位。我们发现，移位时间$τ$增加，增加抗弯刚度$κ$。类似地，$τ$与聚合物长度$N$的比例的指数$β$，$τ\sim N^β$，随着$κ$的增加以及随着$f_d$的增加而增加。通过比较半柔性和完全柔性的聚合物之间的等待时间，我们表明，对于现实的$f_d$易位动力学是在很大程度上，但不完全，由聚合物的弹性长度测量的库恩段数$N_{\rm Kuhn}$。与柔性聚合物的驱动易位不同，与反式侧上的聚合物链段相关的摩擦对所得动力学具有相当大的影响。该摩擦通过反侧上的孔开口附近的聚合物链段的屈曲而间歇性地减小。我们表明，在实验相关的制度，其中粘度是高于在计算机模拟模型中，这种屈曲的概率随着$f_d$的增加而增加，从而引起更大的贡献跨侧摩擦小$f_d$。与柔性聚合物类似，我们发现顺式侧聚合物链段的显著质心扩散。这加速了易位，对于较小的$f_d$，这种效应更大。然而，由于横向摩擦，这种加速小于减速。在足够大的$N_{\rm Kuhn}$，可以看到的作用被逆转，并达到柔性聚合物的动力学。然而，例如，DNA易位实验中使用的聚合物，弹性很短，这里概述的有限长度动力学适用。
2018-02-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Driven translocation of a polymer: fluctuations at work
通过分子动力学模拟，从理论上研究了热涨落对聚合物链在窄孔中的迁移动力学的影响。理论上的考虑是基于所谓的速度朗之万（V-Langevin）方程，该方程根据聚合物链段的数目$s(t)$确定移位的进程，所述聚合物链段由于驱动力$f$而在时间$t$穿过孔。形式主义是基于假设，由于热波动，易位速度$v=\dot{s}(t)$是一个高斯随机过程，建议我们的MD数据。考虑到这一点，我们推导出相应的福克-普朗克方程（FPE），它具有非线性漂移项和扩散项，扩散系数为{ \em时间依赖} $D(t)$。我们的分子动力学模拟表明，驱动易位过程遵循{ \em super}扩散规律，扩散系数为$D(t) \propto t^γ$，其中$γ< 1$。这一发现，然后使用在数值解的FPE产生一个重要的结果：相对较小的驱动力波动促进易位动力学。因此，发现描述平均移位时间$<τ>$与聚合物长度$N$的比例的指数$α$，$<τ> \propto N^α$减小。因此，考虑到热波动，人们可以解释理论上预测的驱动易位过程的持续时间之间的系统性差异，通常被认为是一个确定性的事件，并在计算机模拟中的测量。在非驱动的情况下，$f=0$，易位是轻微subdiffusive，可以在分数布朗运动（fBM）的框架内处理。
2012-11-23 cond-mat.soft
Polymer translocation out of confined environments
我们认为，动力学的聚合物易位出密闭环境。分析缩放参数导致预测，移位时间缩放如$τ\sim N^{β+ν_{2D}}R^{1+(1-ν_{2D})/ν}$，用于移位出具有分离$R$的两个壁之间的平面限制进入3D环境，以及$τ\sim N^{β+1}R$，用于移位出具有分离$R$的两个条带进入2D环境。这里，$N$是链长，$ν$和$ν_{2D}$是3D和2D中的Flory指数，$β$是具有$N$的移位速度的标度指数，其用于当前参数选择的值是基于Langevin动力学模拟的$β\approx 0.8$。这些标度指数改进了早期的预测。
2009-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on ``Passage Times for Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore''
与聚合物移位通过纳米孔相关的最基本量之一是移位时间$τ$及其对链长$N$的依赖性。我们的模拟结果的基础上的债券波动蒙特卡罗和分子动力学方法证实了原来的预测$τ\sim N^{2ν+1}$，其规模在相同的方式作为Rouse弛豫时间的链，除了一个较大的前因子，并使其他缩放索赔。
2007-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Translocation time of periodically forced polymer chains
我们表明，存在一个最小的和明确的振荡的频率依赖性的易位时间的聚合物被描述为一个一维的劳斯链驱动的空间本地化的振荡线性电位。观测到的平均易位时间的振荡是由非常平均的易位时间和外力周期之间的同步引起的。通过改变阻尼参数，我们已经检查了最小移位时间的频率值的鲁棒性，发现该频率和相应的移位时间之间的非常简单的关系。还评估了作为聚合物长度的函数的移位时间，发现精确的$L^2$缩放。此外，描述为高斯不相关噪声的热涨落所起的作用也进行了研究，并与共振激活现象的类比进行了评论。
2010-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Criteria for minimal model of driven polymer translocation
虽然驱动易位的渐近长的聚合物的特点是很好地理解，这是有限尺寸的聚合物，这是相关的现实世界的实验和模拟研究的情况下，这是不。最值得注意的是，行为的指数$α$，它描述了缩放的易位时间与聚合物的长度，当在孔中的驱动力$f_p$改变，是在辩论中。通过Langevin动力学模拟的规则和修改的易位模型使用的自由连接链聚合物模型，我们发现，以前报道的不完整的模型，其中的{ \it反}方和波动被排除在外，产生的特性是在与完整的模型，其中$α$增加与$f_p$的完全矛盾。我们的研究结果表明，由于波动的贡献是重要的。我们构建了一个极小模型，其中动力学完全排除，以表明可以实现与完整易位模型的紧密对齐。我们的研究结果设置了非常严格的要求，一个极小模型，应该正确地描述驱动聚合物易位。
2017-12-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Free Energy Evaluation in Polymer Translocation via Jarzynski Equality
我们执行，与云计算资源的帮助下，广泛的Langevin模拟提供无偏三维聚合物易位的自由能估计。我们采用Jarzynski等式在其严格的设置，计算在单个单体易位事件的自由能的变化。在我们的三维Langevin模拟中，珠（单体和膜原子）之间的排斥体积和范德华相互作用通过排斥的Lennard-Jones（LJ）势建模，连续的单体受到非线性弹性（FENE）势。分析具有不同长度的聚合物的数据，自由能分布被指出具有有趣的有限尺寸标度特性。
2014-04-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
