Ionic exclusion phase transition in neutral and weakly charged cylindrical nanopores
采用场论变分法研究了离子在与大体积储层相平衡的充水圆柱形纳米孔中的渗透。结果表明，（i）位于中性孔中的离子经历两种相反的机制：其周围的相反电荷的离子云相对于储层的变形，这增加了表面张力并倾向于将离子排除在孔之外，和（ii）与溶剂和孔壁之间的介电跳跃相关的排斥性镜像力对离子自能的吸引作用，当离子进入孔时，其变得越来越被屏蔽。对于孔半径约1 nm和本体浓度低于0.2 mol/L，这种机制导致一级相变，类似于毛细管“蒸发”，从离子渗透状态到离子排斥状态。在生物浓度范围内（~ 0.15 mol/L），当膜介电常数小于5时，不连续的相变仍然存在。在弱荷电孔隙中，反离子渗透表现出非单调行为，并具有两个特征：在低储层浓度或小孔隙半径时，共离子被排除，反离子的能垒降低，但镜像力仍然足够强，因此反离子在孔隙中的分配系数随储层浓度的增加而降低，直到一个特征值;对于较大的储层浓度，镜像力被屏蔽，并且抗衡离子的分配系数随着储层电解质浓度而增加。
2011-05-13 cond-mat.soft
CO2 packing polymorphism under confinement in cylindrical nanopores
我们使用分子动力学和回火metadaptics的刚性模型的二氧化碳的相行为的圆柱形纳米限制的影响。为了这个目的，我们研究了一个简化的孔隙模型在一个参数空间，包括孔径，CO2孔壁电位和CO2密度。为了系统地确定有序事件内的孔模型，我们设计了一个普遍适用的方法的基础上分析的分子间取向的分布。我们的模拟表明，虽然限制在纳米孔抑制已知的晶体结构的形成，它诱导了显着的各种有序包装无关的散装同行，并有利于建立在流体相中的短程秩序。我们总结了我们的研究结果，提出了一个定性的相图，这个模型。
2017-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Localised bifurcation in soft cylindrical tubes under axial stretching and surface tension
本文研究了不可压缩超弹性圆管在轴向拉伸和表面张力作用下的局部胀缩问题。三种情况被认为是在管受到不同的约束。在情况1中，内表面和外表面是无牵引力的并且处于表面张力下，而在情况2和3中，内表面和外表面（分别）被固定以防止径向位移和表面张力。然而，在后两种情况下，每个自由表面仍然处于表面张力下。我们首先状态本地化的分析分叉条件，然后验证它们的数值，同时确定本地化是否是首选的分叉成周期性模式。结果表明，分叉成一个本地化的解决方案是无法实现的情况下1，但可能的和有利的情况下2和3。相反，在情况1中，任何分叉必须采取具有非零波数的周期模式的形式。我们的结果进行了验证，使用有限元法（FEM）模拟。
2021-02-15 cond-mat.soft
Bond Stiffness, not Chain Length, Dictates Polymer Infiltration into Nanopores
我们使用分子动力学模拟研究了物理约束对聚合物在圆柱形纳米孔中的毛细渗透的影响。特别是，我们探测是否临界接触角以上的毛细上升渗透停止发生变化的长链聚合物，可能是由于链限制引起的构象熵的损失。令人惊讶的是，临界接触角并不强烈地依赖于聚合物链的长度，并且对于大的N保持恒定。一个自由能模型的发展表明，渗透的临界角强烈依赖于统计段的大小，而不是总链长，我们确认通过执行MD模拟渗透与半柔性聚合物。这些结果可以为利用毛细上升渗透制备聚合物纳米结构和纳米复合材料提供指导。
2018-08-31 cond-mat.soft
Capillary condensation in cylindrical nanopores
利用巨正则蒙特卡罗模拟，我们探讨了无限长的圆柱形孔内三重温度下Ar的毛细凝聚（CC）现象。已经研究了半径R= 1 nm、1.7 nm和2.5 nm的孔，使用由气体在由与包括多孔主体的材料相同的材料制成的平面表面上的阱深度D参数化的气体-表面相互作用势。对于具有强烈吸引力的情况，即，大的D，一个或多个（取决于R）Ar层连续吸附之前，液体填充孔。相反，对于非常小的D值，在低于饱和蒸汽压P0的任何压力P下，发生的吸附可以忽略不计;高于饱和时，最终会出现一个P阈值，在该阈值处，覆盖率几乎不连续地从空跳到满。发现当突变CC发生时，即对于R>= 1.7 nm，以及当R= 1 nm时对于小D，在模拟数据中出现滞后。然后，从许多实验和模拟研究中可知，吸附等温线的孔排空分支比孔填充分支具有更大的N。CC和平面上的润湿之间的关系进行了讨论的阈值D，这是大约一半的值发现在一个平面上的润湿阈值。这一发现是一致的一个简单的热力学模型的润湿转变以前开发的。
2005-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of Rotational Symmetry Breaking in Polymer-coated Nanopores
聚合物在圆柱形通道内表面上的统计理论传统上假设聚合物的平衡密度与方位角坐标无关。然而，模拟表明，当聚合物之间存在吸引力相互作用时，这种旋转对称性可以被打破。我们调查的阶段，出现在这些情况下，我们量化的对称性假设对系统的相行为的影响。在没有这个假设的情况下，人们可以观察到旋转对称情况和非旋转对称情况之间的平衡密度的巨大差异。一个简单的分析模型的开发，说明了这种对称性破缺的驱动热力学力。我们的研究结果对目前理解圆柱形纳米孔中的聚合物行为具有影响。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Water-mediated interactions between hydrophobic and ionic species in cylindrical nanopores
本文采用Metropolis Monte Carlo方法和伞形抽样方法计算了两个甲烷分子及其带电衍生物在圆柱形充水孔隙中的相互作用自由能。约束强烈地改变了非极性溶质之间的相互作用，并完全消除了在本体水中看到的溶剂分离最小值（SSM）。自由能分布表明，甲烷分子是在接触或在相应的圆柱形孔的直径和长度的分离。分析计算，估计的溶质，这是在孔表面溶剂化的熵，定性地解释了自由能分布的形状。向甲烷分子中加入符号和大小相反的电荷$0.4e$或$e$（其中$e$是电子电荷），降低了甲烷分子表面溶剂化的趋势，并恢复了SSM。我们表明，约束诱导离子对的形成发生时，$l_B/D \sim O(1)$，其中$l_B$是Bjerrum长度，和$D$是孔径。SSM的稳定程度随着离子电荷密度的增加而增加，只要$l_B/D < 1$。在具有$D \le 1.2$ nm的孔中，其中水强烈分层，将电荷量从$0.4e$增加到$e$会降低SSM的稳定性。结果，促进了在本体中以可忽略的概率发生的离子对形成。在可以容纳溶质周围的完整水化层的较大直径的孔中，SSM的稳定性增强。
2009-01-19 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy and enthalpy of interaction between amino acid side chains in nanopores
了解蛋白质在纳米孔中的稳定性需要定量描述限制诱导的氨基酸侧链之间的相互作用。我们使用分子动力学模拟来研究侧链对ALA-PHE、SER-GLU和LYS-GLU之间在本体水和水填充的纳米孔中的相互作用的性质。的温度依赖性的平均力和相互作用的自由能在圆柱形和球形的纳米孔的本体溶剂的潜力是用来确定相应的熵和熵分量。ALA和PHE在本体水中的熵稳定的疏水相互作用取决于侧链之间的相对取向，在限制时在热力学上占主导地位。在SER-β的情况下，在本体水中相似的氢键构型在圆柱形孔中是不同的，从而使旋转异构体分布不同于本体中的那些。值得注意的是，与本体相比，LYS-GLU之间的盐桥形成通过熵来稳定。简要概述了我们的研究结果对限制诱导的蛋白质稳定性改变的影响。
2014-11-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
From cylindrical to stretching ridges and wrinkles in twisted ribbons
受张力作用的扭曲带呈现出非常丰富的形态，从光滑和褶皱的螺旋面，到圆柱形或刻面图案。这些形状与系统的自然螺旋对称性的不稳定性密切相关，其产生纵向和横向应力，从而导致带的屈曲。在本文中，我们专注于由三角形小平面构成的镶嵌图案。我们的实验观察中描述的“渐近等距”的方法，汇集了几何和弹性。几何形状包括参数化的家庭的表面，等距的未变形的带状在奇异极限的消失厚度和拉伸载荷。能量，其最小化选择这些族中的有利结构，由图案的拉伸功和弯曲成本决定。该框架描述了形态相图中的共存线，并确定了小平面结构的存在域。
2016-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A ferroelectric liquid crystal confined in cylindrical nanopores: Reversible smectic layer buckling, enhanced light rotation and extremely fast electro-optically active Goldstone excitations
利用高分辨线性和圆光学双折射以及中子衍射织构分析，研究了热致铁电液晶（2 MBOCBC）在阳极氧化铝单块（AAO）中自组织平行孔（半径为10、15或20 nm）中的取向和平移有序性.的结果进行了比较，散装系统上的实验。天然氧化孔壁不提供稳定的smectogen壁锚定。相比之下，一个聚合物壁接枝强制执行平面分子锚定的结果在热历史独立形成的近晶C* 螺旋和可逆的人字形层屈曲。的旋光功率的增强高达一个数量级的限制相比，散装液晶追溯到螺旋结构的预过渡形成在近晶-A *-近晶-C* 变换。线性电光双折射效应证明了沿受限螺旋超结构的分子倾斜矢量方向的集体波动，即典型的准铁电转变的Goldstone相子激发。它们的弛豫频率随着作为平面波激发特征的孔半径倒数的平方而增加，并且比在本体中大两个数量级，证明了液晶-AAO纳米杂化物的异常快速的电光功能性。
2017-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reducing the variance in the translocation times by pre-stretching the polymer
进行聚合物易位的朗之万动力学模拟，其中聚合物通过在易位之前和期间施加在第一个和最后一个单体上的两个相反的力拉伸。在该设置中，通过在两个拉力之间施加偏压来实现聚合物移位，使得存在朝向\textit{trans}侧的净位移。在预拉伸力的影响下，伸长的聚合物系综与未拉伸的系综相比包含较少的构象变化。模拟表明，这种减少的传播在初始构象产生减少的变化，在易位时间相对于平均易位时间。探索这种效果的不同比例的热波动的幅度驱动力，以控制由聚合物采样的热路径的相对影响。由于易位时间的变化是由于来自采样热噪声和初始构象的贡献，我们的模拟提供了对两个主要噪声源的独立控制，并使我们能够阐明它们如何有助于易位动力学。实验相关的条件被突出显示，并显示对应于易位时间的传播的显着减少，从而表明在易位之前拉伸DNA可以帮助基于纳米孔的测序和尺寸应用。
2018-02-06 cond-mat.soft
Prediction of the effective force on DNA in a nanopore based on density functional theory
在本研究中，我们考虑了电压驱动的DNA通过纳米孔的易位。假设DNA分子与纳米孔同轴，建立了一个计算纳米孔中单个DNA分子所受作用力的流体力学模型，利用密度泛函理论结合连续Navier-Stokes（NS）方程研究了纳米孔中的电渗流和作用在DNA分子上的粘性阻力.在我们的模型中还考虑了纳米孔壁上的表面电荷。计算结果与实验测量结果的一致性表明，本文的理论模型是预测DNA流体动力学阻力的有效工具。结果表明，在较高的盐浓度下，电荷反转会降低电渗速度，甚至导致电流反转，而这一现象不能用泊松-玻尔兹曼（PB）模型来描述.这有助于进一步提高过屏蔽区的有效力。
2013-06-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Electrostatics of ions inside the nanopores and trans-membrane channels
本文研究了一个有限圆柱形离子通道的模型，该离子通道穿过一个宽度为$L$的磷脂膜，将两个电解质池隔开。泊松方程的解析解得到的任意分布的离子内的跨膜孔。在膜两侧电解质离子强度较大的极限下，该解是渐近精确的。然而，即使是生理浓度的电解质，静电势垒的大小发现使用的理论是在很好的协议与泊松方程的数值解。的分析解决方案是用来计算的静电势能分布的孔含有带电的蛋白质残基。半精确的电子势能的可用性将极大地促进通过纳米孔和离子通道的离子传输的研究。
2006-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Electrokinetic-flow-induced viscous drag on a tethered DNA inside a nanopore
最近的工作表明，孔隙区域内的粘性效应引起的阻力可以解释[Ghosal，S.物理学修订版E。第71卷，051904（2006）和Phys.Rev.Lett. vol.98，238104（2007）]在涉及电压驱动的DNA通过纳米孔的易位的某些实验中观察到易位时间。孔内的电动流动和伴随的粘性效应在解释DNA固定在纳米孔内的实验中也起着至关重要的作用[U. Keyser等人，Nature Physics vol.2，473（2006）]。在本文中的粘性力明确计算的纳米孔的圆柱形几何形状。研究发现，由于粘性阻力和曼宁凝聚引起的电荷减少所引起的系绳力的减小是相似的。这一结果对解释DNA束缚的实验数据具有重要意义。
2012-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Population inversion of a NAHS mixture adsorbed into a cylindrical pore
利用积分方程理论和蒙特卡罗模拟研究了圆柱形纳米孔在非加性硬球二元流体中的流动。据发现，在低和中间值的堆积的总的数密度的更集中的散装物种优先被吸收的孔，如预期的。然而，体积数密度的进一步增加导致在受限流体中的突然的粒子数反转和在孔的外壁处的熵驱动的预润湿转变。这些现象是一个功能的孔径，非加性参数，堆积数密度，和颗粒相对数分数。我们讨论了我们的结果在散装相分离。
2008-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stretching DNA in hard-wall potential channels
采用三维介观模型研究了DNA短链在封闭环境中的性质。圆柱形通道是由一个硬壁排斥势纳入系统哈密顿。宏观螺旋参数的计算执行统计平均的微观碱基对波动的合奏。平均分子伸长率，测量的端到端的距离，推导出作为一个函数的通道电位参数的均匀和异质链。整体结果表明，介观模型，与通道势项，产生一致的定量估计的拉伸和扭曲的短链。
2020-05-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Quantized Self-Assembly of Discotic Rings in a Liquid Crystal Confined in Nanopores
具有芳香族核的类芳香族分子自发地堆积在线性柱中，沿着柱轴具有高的一维载流子迁移率，使其成为功能性自组织物质的突出模型系统。我们通过高分辨率的光学双折射和基于同步加速器的X射线衍射表明，将热致性分散液晶限制在圆柱形纳米孔中会导致由同心圆弯曲柱组成的环形层的量子化形成，这在体状态下是未知的。从壁开始，该环自组装逐层传播到块体各向同性柱状过渡的过冷域中的孔中心，从而允许通过小的温度变化可逆地打开和关闭单个纳米级环。通过建立一个吉布斯自由能相图，我们跟踪的相变量子化的离散层的多余的弯曲变形能相比，热能，即使对于这个接近室温的系统。蒙特卡罗模拟得到的空间分辨的有序序参量、密度图和键形成序参量证实了约束诱导的柱状环形成的普遍性和鲁棒性以及它的量化性质。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Exclusion Zone of Convex Brushes in the Strong-Stretching Limit
我们调查的渐近性质的长聚合物接枝到凸的圆柱形和球形表面，特别是，链自由端的分布。抛物线潜在的配置文件，预测为平刷和凹刷，失败的凸刷，和链自由端跨度只有有限的一部分刷厚度。在本文中，我们扩展了自洽模型开发的球，Marko，米尔纳和威滕来确定的禁区的大小，即刷的区域的大小从链端。我们表明，在强拉伸的限制，刷可以描述由一个替代系统的积分方程。这个系统可以精确地解决弱弯曲刷的限制，和数值的中间强曲率。我们发现，从熔融状态到θ溶剂，然后到边际溶剂减少的相对大小的禁区。这些相对差异随着曲率减小到零而呈指数增长。
2004-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How do ionic superdiscs self-assemble in nanopores?
本研究利用高分辨率双折射测量和同步辐射X射线三维倒易空间映射，揭示AAO纳米孔中多巴胺基DILC受孔壁锚定、亲疏水平衡及几何限域调控的新型自组装与相行为。
2024-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
One- and two-component bottle-brush polymers: simulations compared to theoretical predictions
总结了在良好溶剂条件下具有刚性主链和柔性侧链的瓶刷聚合物的标度预测和自洽场计算结果，并通过与简单晶格模型的蒙特卡罗模拟进行比较来评估其有效性和适用性。结果表明，在典型的条件下，因为它们也存在于实验中，只有一个相当弱的拉伸的侧链实现，然后缩放预测的基础上的扩展的Daoud棉花斑点图片是不适用的。还考虑了两种组分的瓶刷聚合物，其中两种类型（A，B）的侧链被接枝，假设不同种类的单体彼此排斥。在这种情况下，允许可变的溶剂质量，使得对于不良溶剂条件，产生相当致密的圆柱状结构。在这种情况下，理论预测沿着主链的“Janus Padder’”型相分离。然后，使用修剪富集Rosenbluth方法（PERM）的蒙特卡罗模拟被限制到相当短的侧链长度。尽管如此，证据是获得的圆柱形分子的A-丰富的部分和B-丰富的部分之间的相分离只能发生局部。这种微相分离的相关长度可以通过溶剂质量来控制。这种相变的缺乏可以通过与一维空间中的铁磁体模型进行类比来解释。
2007-05-08 cond-mat.soft
