Denaturation transition of stretched DNA
我们推广的波兰-Scheraga模型考虑DNA变性存在的外部拉伸力。我们证明了力诱导的DNA变性转变的存在，并获得了温度-力相图。该跃迁由循环指数$c$确定，我们为该循环指数找到新值$c=4ν-1/2$，使得跃迁是二阶的，其中$c=1.85<2$在$d=3$中。我们表明，一个有限的拉伸力$F$不稳定的DNA，对应于一个较低的熔化温度$T(F)$，在协议与单分子DNA拉伸实验。
2008-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Modeling the effect of intercalators on the high-force stretching behavior of DNA
DNA通过嵌入剂分子的结合而在结构和机械上改变。嵌入强烈影响DNA的力延伸行为，特别是过度拉伸转变。我们提出了一个统计模型，捕捉最近的力延伸实验的所有相关发现。从我们的模型的两个预测。第一个建议的存在下，一个新的超拉伸制度的存在下，插层剂和第二，线性依赖的过拉伸力的插层剂浓度，通过重新分析现有的实验数据进行验证。我们的模型确定了控制嵌入DNA力学的物理原理，提供了对其局限性和可能性的预测性理解。
2015-12-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
The Role of Chain Entropy in an Analytic Model of Protein Binding in Single-DNA Stretching Experiments
我们表明，张和Marko（物理评论E 77，031916（2008））提出的简单的分析模型来说明单DNA实验的麦克斯韦关系，可以通过包括高斯链的零力熵来改进。所得模型与离散持久链模型吻合良好，且形式便于分析实验数据。
2011-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
A three-state model with loop entropy for the over-stretching transition of DNA
我们引入了一个三态模型的一个单一的DNA链在张力下，区分B-DNA，S-DNA和M（熔融或变性）的片段，并在同一时间正确的帐户熔融环的熵，其特征在于在渐近表达式S ~ - c ln n的长度为n的环的熵的指数c。力延伸曲线推导出完全采用广义波兰-Scheraga的方法和实验数据相比。同时拟合力延伸数据在室温下和变性相变在零力是可能的，并允许建立一个全球性的相图中的力-温度平面。在拉伸力的作用下，堆叠能的影响，进入成对和未成对的基地之间的畴壁能量，和环熵是分开的。因此，我们可以独立于堆叠能的精确值来估计回线指数c。c的拟合值很小，表明缺口在天然DNA的实验力延伸痕迹中占主导地位。
2010-04-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stretching force dependent transitions in single stranded DNA
DNA的机械性质，特别是它们的拉伸依赖性延伸和它们的环形成特征，已经被认为是用于理解它们在活细胞中所起的可能的生化作用的有效探针。单链DNA（ssDNA），直到最近还被认为是一种简单的柔性聚合物，继续引发惊喜。合成的ssDNA，如polydA（聚脱氧腺苷），已经揭示了一个有趣的力延伸（FX）行为，表现出两个平台，在polydT（聚脱氧胸苷），例如不存在。polydA的闭环时间也被发现与温度成反比呈指数关系，这与均聚物的通用模型是出乎意料的。在这里，我们提出了一个新的模型polydA，其中包括一个螺旋线圈过渡和过度拉伸过渡，占两个高原。利用传递矩阵计算和蒙特卡罗模拟，我们表明，该模型再现了不同的实验观察，定量。它还预测了有趣的重入行为的温度延伸特性的polydA，这还有待实验验证。
2012-03-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stretching chimeric DNA: a test for the putative S-form
双链DNA在约65 pN的拉力下“过度拉伸”，长度增加1.7倍。过度拉伸状态的性质是未知的，尽管它对DNA的生物功能和技术应用相当重要。有些人认为过度拉伸是一种力诱导的变性，另一些人认为过度拉伸是由一种被称为S-DNA的伸长的杂交状态的转变组成的。在一个统计力学模型中，我们考虑了极端层序非均质性对过度拉伸的影响。“嵌合”序列具有显着不同的AT组成的一半延长固定的外部条件下通过不同的，空间隔离的转换。相应的力-延伸数据显示在力下的两个平台，其差异以定性地取决于杂交S形是否可接近的方式随牵拉速率而变化。这一观察结果意味着可以在实验中进行S-DNA测试。我们的研究结果表明，定性不同，空间隔离的构象转变可以发生在一个单一的热力学状态内的单个DNA分子。
2008-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Unfolding and unzipping of single-stranded DNA by stretching
我们提出了一个理论研究的单链DNA拉伸。在所提出的框架内，可以结合链弹性的任意基础模型来研究碱基配对对分子机械响应的影响。在一个通用的情况下，我们表明，ssDNA的拉伸曲线表现出两个不同的功能：二阶“展开”相变，和一个尖锐的交叉，让人想起一阶“unzipping”在dsDNA的过渡。我们应用该理论的蠕虫状链（WLC）和自由关节链（FJC）模型的特殊情况下，并讨论了普遍的和模型依赖的功能的ssDNA的机械响应。特别是，我们表明，解压缩交叉的宽度与相互作用强度的变化是非常敏感的能量的发夹环。这为测试ssDNA的弹性开辟了一条新途径。
2004-07-26 cond-mat.soft q-bio.BM
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
Mesoscopic models for DNA stretching under force: new results and comparison to experiments
B-DNA拉伸的单分子实验已经揭示了当增加外力时，一个或两个结构转变。它们的特征是DNA轮廓长度突然增加，弯曲刚度下降。有人提出，在60- 80 pN的力下，第一个转变是从B到S-DNA的转变，被视为拉伸的双链DNA，而在更强的力下，第二个转变是链剥离，导致单链DNA（ssDNA），类似于热变性。但由于实验条件，这两个转变可以重叠，例如对于poly（dA-dT）。本文采用耦合离散蠕虫链-伊辛模型，导出了解析公式.我们的模型考虑了弯曲刚度，链的离散性，线性和非线性（ssDNA）键拉伸。在力为零的极限下，该模型简化为我们已经建立的用于研究DNA热解链的耦合模型，与以前的变性曲线拟合参数值建立了联系。我们发现：（i）使用分析公式在纳牛顿范围内拟合ssDNA，仅具有三个自由参数，轮廓长度、弯曲模量和单体尺寸;（ii）仅通过选择0.2nm的单体尺寸，几乎比ssDNA核碱基长度小4倍，才可能在该力范围上令人惊讶地良好拟合;（iii）介观模型不能将B拟合到ssDNA（iv）在强作用力近似下，导出了适合于长DNA的B到S跃迁的解析公式，该公式与精确的转移矩阵计算结果非常吻合;（v）这个公式非常适合poly（dG-dC）和$λ$ -DNA力-延伸曲线，参数值一致;（vi）出现了一个连贯的图像，其中S到ssDNA的转换对碱基对序列比B到S的转换敏感得多。
2012-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Electrostatic effects in DNA stretching
从理论上研究了半柔性单链在中等屏蔽和弱屏蔽条件下对拉伸的响应，并着重于DNA实验。通过使用非线性Poisson-Boltzmann描述的链的静电自相互作用，我们明确地证明了有效电荷的概念的某些方面的问题的适用性。这个电荷可以从完全排列的链的静电势的远场渐近行为中提取。令人惊讶的是，在有效电荷方面，静电重整化的持久长度可以正式描述由经典的Odijk-Skolnick-Fixman（OSF）公式，其适用范围仅限于线性化德拜-休克尔（DH）近似。然而，在非线性区域链的短长度行为偏离DH-为基础的结果，即使在电荷重整化。这种差异在计算强电荷DNA的拉伸曲线中得到了揭示，我们的结果与最近的实验结果符合得很好。在弱屏蔽的限制，我们预测的弹性响应有一个独特的两阶段的字符，与一个奇特的中间“不可拉伸”制度。
2006-05-27 cond-mat.soft q-bio.BM
Stretching, Twisting and Supercoiling in Short, Single DNA Molecules
我们结合了纽基希-马尔科模型，该模型描述了无限轮廓长度的单个拉伸和扭曲DNA的延伸、扭转和超螺旋，以及辛哈和塞缪尔提出的一种自由能形式，用于描述轮廓长度仅为持续长度几倍的短DNA。我们发现拉伸但未扭曲的DNA的自由能从其无限长度值显著修改，这反过来又显著修改了扭矩和超螺旋。我们表明，这与短DNA比无限长DNA更灵活是一致的。我们希望我们的结果将刺激短DNA中的扭矩和超螺旋的实验研究。
2017-11-03 cond-mat.soft
Stretching of a single-stranded DNA: Evidence for structural transition
最近的实验表明，仅由腺嘌呤[poly（dA）]组成的单链DNA（ssDNA）的力-延伸（F-x）曲线与胸腺嘧啶[poly（dT）]显著不同。在这里，我们表明，基地堆积相互作用是不足以描述的F-x曲线中看到的实验。减少反应坐标所产生的螺旋形成在低力和增加的连续磷酸盐之间的距离在拉伸状态下的非堆叠基地在高力在所提出的模型，定性地再现实验观察到的功能。F-x曲线中的多步平台是ssDNA结构变化的标志。
2009-07-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stretching and relaxation dynamics in double stranded DNA
我们数值研究了双链DNA分子的力学稳定性和弹性性能的网络模型的框架内，将微观自由度与碱基对的安排。我们特别关注双链DNA分子被迫进入非平衡构象的开-闭动力学。在DNA分子的一端施加的机械应力使其进入部分打开的构型。我们研究了随后的弛豫动力学与能量交换过程之间的各种自由度和结构重排，导致完全重组的双链构象。详细讨论了平面梯状DNA分子和扭曲DNA分子弛豫动力学的异同。通过这种方式，我们表明，在扭曲DNA形式的情况下，达到准平衡状态的速度比其灵活性较低的梯形对应物更快。此外，我们还发现DNA分子完全重组的速度低于强迫单元所施加的速度，这与DNA分子开合循环的实验观察相符。
2003-06-12 cond-mat.soft nlin.PS q-bio.BM
Flexibility of short DNA helices under mechanical stretching
本文用哈密顿模型研究了DNA短片段的柔性，该模型在碱基对水平上考虑了链间和链内力。通过计算分子轴上相邻碱基对之间的平均弯曲角，得到了一组均匀螺旋对外力的弹性响应。系综平均进行了超过室温平衡分布的碱基对分离和弯曲波动。的端到端的距离和持久性长度的分析表明，即使是短序列小于$100$碱基对保持一个显着的bendability归因于热波动的影响和扭结与大的弯曲角度。离散模型和蠕虫状链模型的结果之间的差异进行检查，指出后者的不足之处短长度尺度。
2016-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Single-molecule stretching experiments of flexible (wormlike) chain molecules in different ensembles: Theory and a potential application of finite chain length effects to nick-counting in DNA
我们提出了一种形式主义推导力的延伸和延伸力的关系，柔性链分子的径向分布函数的解析表达式，这提供了洞察控制的渐近行为和有限的链长校正的因素。特别是，我们应用这种形式主义，我们以前开发的插值公式的蠕虫状链端到端的距离分布。由此产生的表达式的渐近极限的无限链长是类似的质量的数值评估Marko的和Siggia的变分理论和更精确的插值公式。数值数据的比较表明，我们的有限链长修正的解析表达式是类似的质量。作为我们的研究结果的应用，我们讨论了推断的可能性，在单分子拉伸实验中的双链DNA分子中的切口的数量的变化，从伴随的有效链长的变化。
2020-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Sequence Effects on DNA Entropic Elasticity
DNA拉伸实验通常使用蠕虫状链模型来解释;然后将模型中出现的持续长度A解释为双螺旋的弹性刚度。实际上，这种方法得到的持久长度是弯曲刚度和反映序列信息的内在弯曲效应的组合，就像在零拉伸力下一样。这一观测结果解决了这些实验中测得的A值与其他方法测得的更大的“动态持续长度”之间的差异。另一方面，扭转约束拉伸实验推导出的扭曲持续长度没有受到这样的校正。我们的计算非常简单且具有分析性;它适用于DNA和其他具有弱内在无序的聚合物。
1997-11-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Stretching DNA: Role of electrostatic interaction
利用一个简单的蠕虫链模型研究了静电相互作用对DNA拉伸的影响。在小力的限制下，有大的构象波动，使用自洽变分方法处理。对于较小的外力f，我们从理论上和通过一个简单的斑点图发现，扩张的尺度为fr_D，其中r_D是德拜屏蔽长度。在大的力的限制下，静电效应可以在DNA的半柔性链模型内通过假设只有小的偏离棒状构象是可能的来解释。在这种情况下，延伸接近轮廓长度为f^{-1/2}，其中f是外力的大小。该理论被用来分析测量在各种盐浓度下受到张力的双链DNA的延伸的实验。该理论再现几乎定量的弹性响应的DNA在小和大的值f和所有浓度的单价抗衡离子。同时也指出了该理论的局限性。
1998-10-08 cond-mat.soft q-bio
Comment on "Theory of high-force DNA stretching and overstretching"
最近Storm和Nelson [1]（Phys.Rev.E67，51906（2003））引入了离散持久链模型，该模型同时具有自由连接链（FJC）和蠕虫状链（WLC）模型的特征。他们的论文中的方程（20）仅在大l（余辉长度与单体长度之比）的特殊情况下是正确的。这种特殊情况是不必要的，因为一般情况也同样容易研究。在一般情况下，我们得到了对所有参数l值都正确的力延拓关系式。这个力延伸关系在小的l处简化为FJC结果，在大的l处简化为WLC结果。在较小的力下，其减少到Rosa等人的结果（cond-mat/0307015）。
2004-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the origin of the unusual behavior in the stretching of single-stranded DNA
力延伸曲线（FEC）量化了各种生物分子对机械力（$f$）的响应，通常使用蠕虫状链（WLC）或自由连接链（FJC）模型进行定量拟合。这些模型预测，由轮廓长度归一化的链延伸$x$在小$f$下线性增加，并且在高力标度下线性增加为$x \sim (1 - f^{-α})$，其中对于WLC，$α$ = 0.5，对于FJC，$α$ = 1。相比之下，ssDNA的实验表明，在$f$和离子浓度的范围内，$x$按比例缩放为$x\sim\ln f$，这不能用WLC或FJC模型来解释。使用理论和模拟，我们表明，这种不寻常的行为在FEC中的ssDNA是由于序列独立的双链效应。我们发现，$x\sim \ln f$的出现，因为在没有力的正切关联函数，量化链持久性，代数衰减的顺序上的德拜长度的长度尺度。我们的理论，这是最合适的单价盐，定量拟合的实验数据，并进一步预测，这样的制度是不可辨别的双链DNA。
2012-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Characterizing the Interaction Between DNA and GelRed Fluorescent Stain
我们进行了单分子拉伸实验和动态光散射（DLS），以表征DNA分子和荧光染料GelRed之间的相互作用。单分子拉伸实验结果表明，当配体浓度达到某一临界浓度时，DNA-GelRed复合物的持续长度随配体浓度的增加而增加，然后随配体浓度的增加而减小。另一方面，络合物的轮廓长度作为GelRed浓度的函数单调增加，表明插层是主要的结合机制。为了表征相互作用的物理化学，我们使用McGhee-von Hippel结合等温线从等高线长度数据提取相互作用的物理化学参数。进行DLS实验以研究通过流体动力学半径测量的DNA-GelRed复合物的有效尺寸作为配体浓度的函数的变化。通过比较流体动力学半径和回转半径的行为，我们发现两种技术所得结果之间存在定性一致性，因为回转半径可以表示为拉伸实验确定的力学参数的函数。
2014-08-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The Storm and Nelson's model for polymer stretching revisited
最近分子生物学技术的兴起使得单分子操作实验成为可能，其中分子拉伸起着主要作用。为了更好地理解实验数据，人们迫切需要一些物理和数学模型来定量地表达所观察到的分子的力学性质。在本文中，我们重新考虑了一个简单的唯象模型，再现了张力下的单链和双链DNA的行为。这个问题很容易解决，无论是在小的力的范围内，并在存在过度拉伸过渡的空腔方法，使一些属性，如弯曲刚度和弹性的DNA出现在一个非常清楚的方式。我们的理论研究结果成功地适合于实际测量和比较蒙特卡罗模拟，确认质量的方法。
2011-01-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Anisotropic Elastic Model for Short DNA Loops
利用能量最小化方法，在忽略熵效应的情况下，研究了弯曲各向异性对平面DNA环的影响。我们发现，各向异性的结果在多边形形状的循环和各向异性的增加，使边缘尖锐。计算这种环的能量可以让我们找到有效的持久长度作为硬刚度和软刚度的几何平均值，这与无约束长DNA的调和平均值有很大的不同。
2008-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Magnetophoresis of Flexible DNA-based Dumbbell Structures
利用磁力对磁性微结构和纳米结构的控制运动和操纵可以在生物医学、诊断学和免疫学中产生重要的应用。我们报告控制磁泳和拉伸，在水溶液中，含有磁性和抗磁性微球的DNA为基础的哑铃结构。实验测量哑铃的速度和拉伸，并与基于作用在单个磁珠或整个哑铃结构上的力的理论模型相关联。结果表明，哑铃结构的精确和可预测的操作是可以实现的，并可能被应用于免疫磁性细胞分离器。
2008-01-02 cond-mat.other cond-mat.soft
Direct observation of DNA dynamics in semi-dilute solutions in extensional flow
半稀释聚合物溶液的动态行为受溶剂质量、浓度、分子量和流动类型之间的相互作用控制。半稀溶液的特征在于浓度的大波动，其中聚合物线圈相互渗透，但在平衡时可能不会拓扑缠结。在非平衡流动中，通常认为聚合物链可以在半稀释溶液中自缠结，从而导致在平衡时名义上未缠结的溶液中的缠结。尽管最近取得了进展，但我们仍然缺乏对这些动力学的完整分子水平的理解。在这项工作中，我们使用单分子技术来研究DNA在平面拉伸流中的半稀释溶液的动力学，包括高拉伸的聚合物松弛，阶跃应变实验中的瞬态拉伸动力学，以及流动中的稳态拉伸。我们的研究结果是一致的幂律缩放的最长的聚合物在半稀溶液中的弛豫时间，揭示了一个有效的排除体积指数$ν$ = 0.56。我们进一步研究了拉伸流动中的非平衡拉伸动力学，结果表明，在中等韦森伯格数和温和的线圈到拉伸过渡在半稀溶液中的稀释溶液相比，在瞬态聚合物拉伸减少。有趣的是，一组独特的分子构象在瞬态拉伸过程中的单一聚合物在半稀溶液中观察到，这表明瞬态拉伸途径的聚合物链在半稀溶液中是定性不同的稀溶液由于分子间的相互作用。总之，这项工作提供了一个分子框架，了解非平衡拉伸动力学的半稀溶液在强流。
2016-12-02 cond-mat.soft
Nonlinear Mechanical Response of DNA due to Anisotropic Bending Elasticity
考虑到由双螺旋结构引起的弯曲刚度的各向异性，研究了短DNA片段对弯曲的响应。它示出的各向异性引入一个有效的非线性扭曲弯曲耦合，可以导致形成扭结和调制的曲率和/或扭曲，这取决于弹性常数和所施加的偏转角的值。调制的典型波长，或相邻扭结之间的距离被发现是由DNA间距的一半。
2002-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Melting a stretched DNA
我们通过三维蒙特卡罗模拟、精确可解模型和启发式论证研究了拉伸力作用下双链DNA的解链。所得的力-温度相图是显着不同的情况下，力施加到只有一个股或两个。对单链和双链DNA单体大小的不同假设导致了相反的结论，即DNA是否会在过度拉伸时融化。
2008-07-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rigidity of Melting DNA
研究了在拉伸力和解压缩力存在下DNA柔性的温度依赖性。考虑两类模型。在一种情况下，弹性的起源是熵，由于聚合物的相关性，而在另一种情况下，双链DNA被认为具有弯曲的固有刚性。在这两种情况下，单链都是完全柔性的。由于热产生的气泡的弹性常数的变化的灵活的情况下，准确地获得。对于内禀刚性的情况下，弹性常数被发现是成正比的气泡数波动的平方根。
2016-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Effects of Kinks on DNA Elasticity
研究了具有可逆扭结结构缺陷的蠕虫状高分子链的弹性响应。这是一个通用的模型（a）双链DNA与某些蛋白质的结合诱导的急剧弯曲，和（b）在单链DNA的骨干trans-gauche旋转的影响。这个问题是解决了解析和数值推广众所周知的类比量子旋转器。在小的拉伸力制度，我们发现，由于扭结的存在，持续长度重整化。在相反的区域，对强拉伸的响应仅由裸持续长度决定，并由于“扭结的理想气体”而进行指数修正。在链条的高弯曲刚度的极限下，这种高力特性显著改变。在这种情况下，对机械响应的主要校正可能是由于多扭结结构（例如扭结对）的形成。
2005-02-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Anisotropic micro-cloths fabricated from DNA-stabilized carbon nanotubes: one-stop manufacturing with electrode needles
在各种解决方案为基础的方法来制造各向异性膜的定向碳纳米管（CNT），我们专注于介电泳组装方法使用AC电场在DNA稳定的CNT悬浮液。我们证明了使用电极针的一站式制造系统可以绘制尺寸为10-100 $μ$ m的各向异性DNA-CNT杂化膜（即，独立的DNA-CNT微布）从剩余的悬浮液中释放到大气中，同时保持结构有序。已经发现，最大偏振度（ca. 40 \%）可以实现从各种DNA-CNT混合物制造的微布。我们的研究结果表明，一站式的方法可以赋予生物相容性的缩小尺寸的碳纳米管薄膜和DNA稳定的碳纳米管微布直接连接到电极可以用于生物燃料电池的电子转移和/或酶活性。
2015-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ashkin-Teller formalism for elastic response of DNA molecule to external force and torque
本文提出了一个描述DNA分子对外力和扭矩的弹性响应的类Ashkin-Teller模型。基堆相互作用的描述是一个简单而统一的方式。我们得到了dsDNA的相图，特别是由拉伸和扭曲引起的从B态到S态的转变。ssDNA的弹性响应也以统一的形式呈现。表明了dsDNA分子结构与弹性响应的密切关系。计算的dsDNA分子的折叠角为$59.2^o$。
2008-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Elasticity of strongly stretched ssDNA
我们提出了一个简单的模型，它描述了单链DNA（ssDNA）的弹性响应拉伸，包括政权的非常高的力（高达1000 pN）。ssDNA被建模为离散的持久链，其基态是Z字形而不是直线构型。这模拟了潜在的分子结构，并有助于解释在非常高的力下实验观察到的拉伸曲线的饱和。
2007-03-12 cond-mat.soft q-bio.BM
Lattice models of directed and semiflexible polymers in anisotropic environment
我们研究了聚合物在平行取向的扩展柱状缺陷存在下的构象性质。考虑了两类大分子：沿外部拉伸场方向择优取向的所谓部分定向聚合物和半柔性聚合物。我们在格子模型的框架内工作：部分定向自回避行走（PDSAW）和有偏自回避行走（BSAW）。我们的PDSAW的数值分析表明，拉伸场和各向异性之间的竞争所造成的扩展缺陷的存在导致系统中存在的三个特征的长度尺度。在每一个固定的浓度的混乱，我们发现了一个过渡点，扩展缺陷的影响是完全平衡的拉伸场。在各向异性环境中的数值模拟揭示了聚合物刚度的增加。特别是，半柔性聚合物的持久长度增加的存在下的障碍。
2015-07-23 cond-mat.soft
Elastic moduli renormalization in self interacting stretchable polyelectrolytes
研究了链段间相互作用对具有有限拉伸模量的半柔性高分子链的有效弯曲模量和有效拉伸模量的影响。对于屏蔽Debye-H”uckel型相互作用势，在与著名的弯曲模量的Odijk-Skolnick-Fixman结果相同的近似水平上，导出了拉伸模量的重整化.介观段间相互作用势的存在下，耦合的弯曲和拉伸模量的方式不同于由宏观弹性理论预测。我们主张从根本上改变的角度来看，依赖于一个灵活的弹性模量的离子条件：拉伸性。不仅是持久性长度以及拉伸模量依赖于溶液中的盐的条件下，它们从根本上耦合通过介观intersegment相互作用势。这里提出的理论与最近的DNA弯曲和拉伸实验相比毫不逊色。
2000-04-10 cond-mat.soft
Twist dynamics and buckling instability of ring DNA: Effect of groove asymmetry and anisotropic bending
结合解析理论与分子动力学模拟，研究了环状DNA质粒在局部扭转扰动下的弛豫动力学，揭示了三个特征时间尺度，发现沟槽不对称性引起的扭转-弯曲耦合显著影响各阶段，并指出各向同性可扭转蠕虫链模型无法定量预测屈曲转变的不稳定性模式。
2020-08-13 cond-mat.soft
An Asymmetric Elastic Rod Model for DNA
本文考虑DNA各向异性弹性杆模型的非谐修正。我们的模型解释了正卷和负卷的弯曲能之间的差异，这来自于DNA分子的不对称结构。我们将表明，该模型可以解释在小长度尺度的DNA的高柔性，以及在高变形极限扭结的形成。
2009-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stretching weakly bending filaments with spontaneous curvature in two dimensions
一些重要的生物分子（例如，细菌FtsZ和真核生物DNA）已知会抑制自发（固有）曲率。使用一个简单的扩展蠕虫状链模型，我们研究了一个弱弯曲的细丝在两个维度上施加在其两端的拉力的响应（一种常见的配置在经典的体外实验和相关的几个体内细胞的情况下）。这种链或细丝的自发曲率一般可以是弧长依赖的，我们研究了正弦变化的情况下，从任意的情况下，可以通过傅立叶变换重建。我们得到了力-伸展关系和横向涨落宽度的解析结果。我们发现，自发曲率波动可以影响力的延伸行为，即使在相对灵活的长丝的持续长度小于轮廓长度。
2010-03-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Self-assembly of DNA-coded nanoclusters
我们提出了一个自组装方案，这使得有可能使用DNA唯一编码的组成和结构的微米和纳米粒子簇的理论讨论。这些各向异性的DNA修饰的簇可以进一步用作较大结构的分级自组装的构建块。我们解决几个重要方面的可能的实验实施方案：不同类型的集群之间的竞争在一个解决方案中，可能的干扰在一个不需要的配置，和退化由于对称性相对于粒子排列。
2007-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Twist-bend coupling and the statistical mechanics of the twistable worm-like chain model of DNA: perturbation theory and beyond
最简单的DNA力学模型将双螺旋描述为具有扭曲和弯曲弹性的连续杆。最近的工作已经讨论了一个很少研究的耦合$G$之间的扭曲和弯曲，已知的DNA双螺旋的凹槽不对称性引起的相关性。在这里，$G$的统计力学的长DNA分子受到施加的力和扭矩的影响进行了研究。本文提出了一种小扭弯耦合有效扭转刚度$C_\text{eff}$的摄动计算方法。我们发现，“裸”$G$是“屏蔽”的热波动，在这个意义上说，低力，长分子的有效自由能是一个模型与$G=0$，但与长波长的弯曲和扭曲的刚性，移位由$G$依赖量。使用自由波动的DNA的扭转和弯曲刚度的结果，我们展示了我们的微扰结果可以扩展到一个非微扰制度。这些结果与Monte Carlo“triad”和分子动力学“oxDNA”模型的数值计算非常吻合，其特征在于不同程度的粗粒化，验证微扰和非微扰分析。虽然我们的理论是在一般良好的定量协议与实验，预测的扭转刚度系统偏离实验数据，这表明有尚未表征的方面的DNA扭曲-拉伸力学有关的低力，长分子的机械响应，这是不被广泛使用的粗粒度模型捕获。
2019-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
The Worm-Like Chain Theory And Bending Of Short DNA
将全原子分子动力学模拟得到的双螺旋DNA弯曲角的概率分布与理论预测进行了比较。计算的分布显着同意蠕虫状链理论的双螺旋的一个螺旋圈和更长的时间，和定性不同的半弹性链模型的预测。计算的数据在短DNA的表观柔性中仅表现出小的异常，并且不能解释最近报道的AFM数据（Wiggins等人，Nature nanotechnology 1，137（2006））。目前的原子论DNA模型可能忽略了DNA在中等长度尺度上弯曲的一些基本机制。弯曲的DNA结构的分析表明，然而，弯曲运动是结构上的异质性和方向各向异性的中间长度尺度的实验异常被检测到。这些效应对于解释实验数据是必不可少的，它们也可能是造成明显差异的原因。
2007-04-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Force-extension relation of cross-linked anisotropic polymer networks
具有取向有序性的交联聚合物网络构成了广泛类别的软材料并且与生物系统（例如，F-肌动蛋白束）。我们分析研究了平行排列的，强拉伸的半柔性聚合物与随机交联的非线性力的延伸关系。在强拉伸极限下，交叉连接的影响是纯熵的，与链的弯曲刚度无关。交联增强了束的不同拉伸刚度。对于硬交联，交联对力-延伸关系的贡献与力成反比。它对交联密度的依赖性，接近凝胶化转变，与剪切模量的依赖性相同。定性行为是由两个链与一个单一的交叉链接在中间的玩具模型。
2012-05-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.bio-ph
Microrheological Characterisation of Anisotropic Materials
我们描述了在复杂的软材料，如生物聚合物凝胶，通过视频粒子跟踪胶体示踪粒子的微观流变学的各向异性粘弹性模量的测量。使用的相关张量找到最大各向异性的轴，因此机械导演，进行了说明。对齐的DNA凝胶的模量的报告，作为测试的技术，这可能有影响的高DNA浓度在体内。我们还讨论了微流变测量中的误差，并描述了使用频率空间滤波来提高位移分辨率，从而探测这些典型的高模量材料。
2006-03-03 cond-mat.soft
Electronic properties of DNA: structural and chemical influence on the quest for high conductance and charge transfer
受DNA导电性的广泛实验结果的启发，我们研究了DNA可能成为真正的分子线的特殊构型和化学环境，特别是从增强的电子重叠或从小的活化能。特别是，我们研究了A-与B-DNA，带状结构提出产生的分子拉伸，抗衡离子在空穴掺杂的DNA轨道的潜在作用，骨干传导的可能性，和水的影响。我们发现，在电导率实验中观察到的小激活间隙可能会出现在水和反离子的存在下。利用从头计算密度泛函理论和模型Koster-Slater理论计算进一步讨论了简谐振动和扭转运动对电子紧束缚矩阵元的作用。我们发现，相邻碱基对上Pz轨道的pp-sigma和pp-pi相互作用的部分抵消，以及相位因子的相消干涉，是解释A-DNA弱电导的必要条件。我们的研究结果也导致一个物理解释的角度依赖性的碱基对间紧密结合的矩阵元素。此外，我们估计弗兰克-康登因子，重组能量和核频率的电荷转移率必不可少的，并发现我们估计的碱基对之间的空穴转移率是在最近的皮秒动力学数据非常一致。
2002-08-30 cond-mat.soft q-bio
Self-assembly of bi-functional patchy particles with anisotropic shape into polymers chains: theory and simulations
已知短的平端DNA双链体（低至6个碱基对）的浓缩溶液会有序地进入双相液晶相。这种自组装是由于双链体末端之间的堆叠相互作用，促进它们聚集成具有显著持久长度的多分散链。实验表明，液晶相的形成取决于双链体长度的临界体积分数以上。我们介绍和调查，通过数值模拟，一个粗粒度的DNA双螺旋模型。每个双链体被表示为硬准圆柱体，其基部被两个相同的反应位点装饰。终端站点之间的堆叠相互作用是通过一个短程方阱势建模。我们比较的数值计算结果与预测的基础上的自由能泛函，并找到满意的定量匹配的各向同性的，非对称的相边界和系统结构。数值和理论结果与实验结果的比较证实，DNA双链体的自组装可以通过圆柱形颗粒的平衡聚合反应，使我们能够估计堆叠能适当建模。
2011-08-31 cond-mat.soft
Stiffer double-stranded DNA in two-dimensional confinement due to bending anisotropy
采用解析方法和Monte-Carlo（MC）模拟方法，研究了具有弯曲各向异性的本征扭曲弹性带（如双链DNA）在二维约束下的弹性行为.我们发现，由于弯曲各向异性，在二维构象的双链DNA的持久长度总是大于三维构象。这一结果与相同生物学条件下二维和三维DNA持久长度的测量值一致。我们还表明，在2D中，各向异性，固有扭曲的聚合物表现出一个隐含的扭曲弯曲耦合，这导致扭结形成与半螺旋转向周期性沿弯曲的聚合物。
2016-08-05 cond-mat.soft
Anisotropic colloids through non-trivial buckling
本文介绍了胶体颗粒屈曲的实验、理论和数值研究进展。通过乳液模板法制备的充油薄壳在水和乙醇的混合物中表现出屈曲，这是由于核在外部介质中溶解。这导致构象与一个单一的凹陷，无论是轴对称或多边形取决于壳的几何特征。这些构象可以在理论上和/或数值上再现的均匀的球形薄壳的弯曲和拉伸弹性的模型，提交各向同性的外部压力。
2008-02-27 cond-mat.soft
Unveiling the influence of device stiffness in single macromolecule unfolding
DNA、RNA和其他生物大分子的单分子拉伸实验为生命和医学科学的许多领域带来了令人印象深刻的进展。这种实验的可靠性可能受到确定装置对实验输出的影响的可能性的严重限制。在这里，我们推导出一个分析模型，我们表明与以前的数值结果是一致的，定量再现AFM实验测试肌联蛋白大分子和P-选择素AFM实验与可变探针刚度。我们相信，所获得的分析描述可以代表单分子力谱实验和分子间相互作用现象的解释向前迈出的重要一步。
2018-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
