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
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
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
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
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
Chaperone assisted translocation
我们研究了刚性聚合物通过膜中的纳米孔的易位，在可逆地结合到膜两侧的聚合物的结合颗粒（分子伴侣）的存在下。结合的分子伴侣覆盖一个（单价结合）或多个（多价结合）结合位点。假设分子伴侣的扩散速度比易位速度快，我们用一维主方程描述这个过程。我们扩展了以前的模型，通过详细研究主方程中的有效力，这是通过适当的统计机械平均的伴侣状态。详细研究了力对化合价（分子伴侣所占据的结合位点的数量）的依赖性。我们得到有限的尺寸修正（力的解析表达式），其中，单价结合，可以表示为解析。最后，我们研究了转运的平均速度作为伴侣结合强度和大小的函数。对于单价和多价结合的情况下，得到一个足够长的易位聚合物的简单的结果。
2004-11-30 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
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
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
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
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
Polymer translocation through pores with complex geometries
我们提出了一种方法，通过具有任意指定的几何形状的复合孔结构的聚合物易位的理论研究。通过复合材料的每个组成部分的易位被视为类似于易位坐标在源自孔内的链构型的自由能景观上的扩散。所提出的方法占可能的反向运动的复合材料孔的组成部分之间的界面处的前导链端，在先前的研究中被忽略的可能性。作为我们的方法的一个例子，我们研究了高斯链之间的易位由圆柱形孔连接的两个球形隔室，并由一个复合孔组成的两个连接的圆柱体的不同直径，这是结构上类似的$α$ -溶血素膜通道。我们表明，孔成分之间的反向链运动可能会显着地贡献总易位时间。我们的研究结果进一步确立，易位通过一个两个圆柱体复合孔是更快时，链被引入到孔的顺式（宽）侧的通道，而不是反式（窄）侧。
2008-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven polymer translocation into a channel: Iso-flux tension propagation theory and Langevin dynamics simulations
采用等通量张力传播（IFTP）理论和Langevin动力学（LD）模拟方法研究了通道驱动聚合物迁移的动力学过程，即聚合物迁移到狭窄的通道中，通道中的单体受到驱动力$f_{\rm c}$ .在高驱动力极限下，无论沟道宽度如何，IFTP理论预测移位时间的$τ\propto f_{\textrm{c}}^β$，其中$β=-1$是力标度指数。此外，LD数据表明，对于一个非常窄的通道拟合只有一个单一的文件的单体，由于在通道内的子链的熵力不起重要作用的易位动力学，和力指数$β= -1$的力的大小无关。随着通道宽度的增加，通道内的子链的可能的空间构型的数量变得显著，并且所产生的熵力导致力指数下降到低于1。
2022-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven polymer translocation through a cylindrical nanochannel: Interplay between the channel length and the chain length
利用分析技术和朗之万动力学模拟，我们调查的动态聚合物易位通过纳米通道嵌入在两个维度下施加的外场。我们研究了通道长度$L$与聚合物长度$N$的各种比率的易位时间。对于短通道$L\ll N$，在弱驱动力$F$作用下的易位时间为$τ\sim N^{1+ν}$，而对于长通道$L\gg N$，为$τ\sim F^{-1}L$，与链长$N$无关.此外，我们观察到一个最小的移位时间作为$L/N$的函数，对于不同的驱动力和沟道宽度。这些结果由单个段的等待时间来解释。
2012-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
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
Translocation of Polymers through Nanopores at Weak External Field, Direct Approach with Monte Carlo Simulations
我做了非晶格三维蒙特卡罗模拟的聚合物易位通过一个狭窄的孔在低外场，试图尽可能接近一个直接的方法。该过程被发现在全球范围内的非平衡，但接近孔（折叠）的单体的动态被发现接近准平衡。我观察到的张力（或压力）建设附近的孔，和亚扩散的孔中的中间单体的位移，在文献中报道。我没有发现分数扩散方程预测的自由扩散一段时间后反应坐标的分布。
2008-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Molecular Motors and Polymer Translocation with Sequence Heterogeneity
详细研究了序列异质性对多核苷酸跨孔易位和对解旋酶、DNA聚合酶/核酸外切酶和RNA聚合酶等分子马达的简单模型的影响。RNA或DNA的孔移位由于膜两侧的不同化学环境而偏向，而分子马达运动通过与化学能的耦合而偏向。外部施加的力可以对抗这些偏置。对于这两个系统，我们完全解决了晶格模型与无障碍。该模型明确纳入耦合到不同的化学环境的聚合物易位和耦合到化学能（以及核苷酸配对能量）的分子马达。使用精确解和一般的参数，我们表明，非均匀性导致的异常动力学。最值得注意的是，在失速力（或DNA聚合酶/核酸外切酶系统的失速张力）周围的力的范围内，位移随着t^μ而亚线性地增长，其中μ<1。在此范围内，可以观察到这种行为的实验估计几个系统，并认为是检测适当的力量和缓冲区。类似的序列异质性效应可能出现在病毒DNA的包装中。
2004-06-09 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
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
Single Stranded DNA Translocation Through A Nanopore: A Master Equation Approach
我们研究了电压驱动的单链DNA通过膜通道的易位。我们的模型，基于主方程（ME）的方法，调查的概率密度函数（PDF）的易位时间，并表明，它可以是双峰或单峰，这取决于系统参数。我们表明，最可能的易位时间是成正比的聚合物的长度，和成反比的第一或第二电源的电压，取决于初始条件。该模型恢复实验观察时，使用它们的性能内孔，如刚度和聚合物-孔相互作用的hetro-聚合物。
2003-07-17 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Dynamics of polymer translocation into an anisotropic confinement
使用朗之万动力学模拟，我们调查的动力学的一个灵活的聚合物易位到一个有限的区域下的驱动力通过纳米孔。我们选择一个椭球形的限制，并考虑的依赖性的椭球体的不对称性测量的纵横比上的易位时间。与各向同性约束（球体）相比，具有相同体积的各向异性约束（椭球体）减慢了移位，并且移位时间随着椭球体的纵横比的增加而增加。我们进一步发现，它需要不同的时间为聚合物易位到同一椭球体通过长轴和短轴方向，取决于整个链在椭球体中的平均密度，$ϕ$。当$ϕ$小于临界值$ϕ_c$时，通过短轴的移位更快，反之亦然。这些复杂的行为被解释的限制和各向异性限制诱导折叠的移位链的程度。
2012-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Polymer Translocation out of Planar Confinements
本文研究了聚合物在平面外的三维迁移。三个膜位于$z=-h$、$z=0$和$z=h_1$。这些膜是不可穿透的，除了中间的$z=0$，它有一个狭窄的孔。长度为$N$的聚合物最初夹在置于$z=-h$和$z=0$处的膜之间，并通过该孔移位。我们考虑强约束（小$h$），其中聚合物基本上被简化为二维聚合物，回转半径标度为$R^{\tinytext{(2D)}}_g \sim N^{ν_{\tinytext{2D}}}$ ;这里，$ν_{\tinytext{2D}}=0.75$是二维的Flory指数。聚合物执行劳斯动力学。基于理论分析和高精度的仿真数据，我们表明，在无偏的情况下$h=h_1$，驻留时间$τ_d$尺度为$N^{2+ν_{\tinytext{2D}}}$，与我们以前发表的理论框架完全一致。对于$h_1=\infty$，这种情况相当于二维场驱动的移位。我们表明，在这种情况下，$τ_d$尺度为$N^{2ν_{\tinytext{2D}}}$，在协议与文献中现有的几个数值结果。该结果违反了早期报道的场驱动易位的$τ_d$的下限$N^{1+ν}$。我们认为，基于能量守恒，$τ_d$的实际下限是$N^{2ν}$，而不是$N^{1+ν}$。聚合物易位在这种理论上的动机的几何形状，从而解决了一些最根本的问题，在最近的时间非常激烈的辩论的主题。
2007-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Driven polymer translocation through a nanopore: a manifestation of anomalous diffusion
我们研究了外力作用下聚合物链穿过纳米孔的易位动力学。通过不同的方法（标度参数，分数阶微积分和蒙特卡罗模拟），我们表明，相关的动态变量，移位的片段数$s(t)$，显示{ \em异常}扩散行为，即使在{ \em存在}的外力。易位过程的异常动力学由相同的普适指数$α= 2/(2ν+2 - γ_1)$控制，其中$ν$是Flory指数，而$γ_1$是表面指数，这是最近针对非驱动聚合物链穿过纳米孔的情况建立的。由相关的{ \em分数}福克-普朗克方程推导出概率分布函数$W(s, t)$的封闭解析表达式，该表达式由聚合物链长$N$和所施加的拖曳力$f$表示.发现平均易位时间标度为$τ\propto f^{-1}N^{\frac{2}α -1}$。此外，相应的时间相关的统计矩，$< s(t) > \propto t^α$和$< s(t)^2 > \propto t^{2α}$明确揭示了易位动力学的异常性质，并允许在实验中直接测量$α$。这些研究结果进行了测试，发现是在完美的协议与广泛的蒙特卡罗（MC）模拟。
2007-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translocation of stiff polymers through a nanopore driven by binding particles
我们调查的刚性聚合物的易位在存在的结合粒子通过纳米孔的二维Langevin动力学模拟。我们发现，平均移位时间显示出最小值的结合能$ε$和粒子浓度$ϕ$的函数，由于从结合力和摩擦力的相互作用。特别地，对于强结合，易位以由摩擦力的显著增加引起的降低的易位速度进行。此外，$ε$和$ϕ$对易位时间的分布有显著影响。随着$ε$和$ϕ$的增加，它经历了一个从弱结合下的非对称宽分布到强结合下的近似高斯分布的过渡，其宽度逐渐变窄。
2012-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Chaperone-assisted translocation of a polymer through a nanopore
使用Langevin动力学模拟，我们调查的动力学伴侣辅助易位的柔性聚合物通过纳米孔。我们发现，增加分子伴侣与链的结合能$ε$和分子伴侣浓度$N_c$可以大大提高易位概率。特别地，随着伴侣浓度的增加，对于弱结合观察到最大易位概率。对于固定的分子伴侣浓度，随着$ε$的增加，易位时间$τ$的直方图从长尾分布过渡到高斯分布。对于短链分子，随着结合能的增加，$τ$迅速降低，然后几乎饱和，而对于长链分子，在较低的分子伴侣浓度下，其结合能有一个最小值。我们还表明，$τ$有一个最小值作为伴侣浓度的函数。对于不同的$ε$，还观察到$τ$对链长$N$的非通用依赖性。这些结果可以解释的特征熵效应的柔性聚合物诱导的拥挤效应从高伴侣浓度或高结合能的链段间结合。
2011-08-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
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
Polymer translocation through a nanopore - a showcase of anomalous diffusion
在没有外部驱动力的情况下，通过纳米孔的聚合物链的易位动力学分析的尺度参数，分数阶微积分，和计算机模拟。手头的问题是映射到一个一维{ \em异常}扩散过程中的反应坐标$s$（即易位的数量的段在时间$t$），并示出由一个通用的指数$α= 2/(2ν+2-γ_1)$，其值是几乎相同的二维和三维。该过程由{ \em分数}扩散方程描述，该方程在适当的边界和初始条件下在$0 <s < N$区间内精确求解。该解决方案给出了易位时间的概率分布以及随时间的统计矩的变化：$<s(t)>$，和$<s^2(t)> - < s(t)>^2$，提供了完整的描述的扩散过程。的分析结果与来自广泛的蒙特卡罗（MC）模拟的数据的比较揭示了非常好的协议，并证明通过纳米孔的无偏易位的扩散动力学是异常的性质。
2007-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantification of tension to explain bias dependence of driven polymer translocation dynamics
出于识别的起源的偏压依赖的张力传播，我们调查的方法定量测量张力传播的驱动聚合物易位的计算机模拟。在这里，通过一个狭窄的孔的柔性聚合物链的运动模拟使用朗之万动力学。我们测量张力，珠速度，珠的距离，和键角沿聚合物在所有阶段的易位与前所未有的精度。测量是在模拟中使用的标准温度和零温度下进行的，以确定波动的影响。测得的数量被发现给定性相似的特性，但偏压依赖性只能使用张力来确定。我们发现，在移位时间$τ$，聚合物长度$N$，和偏置力$f_d$的标度关系$τ\sim N^βf_d^α$中，指数$β$随偏置的增加是由聚合物的质量中心向\textit{cis}侧的孔扩散引起的。我们发现，这种扩散也导致指数$α$偏离理想值$-1$。发现$β$的偏置依赖性是由扩散和孔摩擦的组合引起的，因此对于太短而不能被认为是渐近长的聚合物是相关的。这种效应与实验有关，所有这些实验都是使用长度远低于渐近极限的聚合物进行的。因此，我们的结果也证实了Sakaue理论[Polymers 8（12），424（2016）]的理论预测，即对于渐近长的聚合物，不应该存在$β$的偏差依赖性。通过排除波动，我们还表明，在孔隙出口处的单体拥挤不能有一个可测量的影响易位动力学在现实条件下。
2017-12-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.comp-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
Dynamical Scaling Exponents for Polymer Translocation through a Nanopore
我们确定的标度指数的聚合物易位（PT）通过纳米孔通过广泛的计算机模拟的各种微观模型的链长度延伸到N=800在某些情况下。我们专注于平均PT时间$τ\sim N^α$的缩放和PT坐标$<s^2(t)> \sim t^β$的均方变化。我们发现$α=1+2ν$和$β=2/α$无偏PT在2D和3D。对于2D中的驱动PT，关系$αβ=2$成立，其中从短链的$α\approx 2ν$到长链的$α\approx 1+ν$交叉。然而，这种交叉在3D中不存在，其中$α= 1.42 \pm 0.01$和$αβ\approx 2.2$用于$N \approx 40-800$。
2008-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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$。
2006-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Pore-blockade Times for Field-Driven Polymer Translocation
我们研究了一个易位聚合物的长度$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$是周围的聚合物的介质的粘度。
2008-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Anomalous Dynamics of Forced Translocation
我们考虑长度为N的长聚合物通过膜中的孔。如果这个过程是缓慢的，原则上可以关注膜一侧单体s数量的动态变化，假设两个片段处于平衡状态。在这样的极限下，s（t）的动力学是扩散的，在没有力的情况下，平均移位时间标度为N^2，而在施加力的情况下，平均移位时间与N成比例。我们证明，平衡的假设必须打破足够长的聚合物（更容易被迫时），并提供较低的界限的易位时间相比，畅通无阻的运动的聚合物。这些下限超过了平衡的基础上计算的时间尺度，并指向异常（子扩散）易位动力学的字符。这是明确验证了自避免聚合物的非受迫易位的数值模拟。强制移位时间强烈依赖于所施加的力的方法。特别地，通过末端牵拉聚合物导致比当跨膜施加化学电势差时长得多的时间。在这些情况下，边界分别增长为N ^2和N^{1+ v}，其中v是将回转半径的比例与N相关联的指数。我们的模拟表明，实际易位时间的规模以相同的方式作为界限，虽然强烈的有限尺寸效应的影响，即使是最长的聚合物，我们认为（N=512）。
2003-10-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Effect of Anomalous Dynamics on Unbiased Polymer Translocation
在本文中，我们研究了聚合物的长度$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}$。
2007-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The chain sucker: translocation dynamics of a polymer chain into a long narrow channel driven by longitudinal flow
使用分析技术和Langevin动力学模拟，我们调查的动态聚合物易位到一个狭窄的通道的宽度$R$嵌入在两个维度，驱动力成比例的通道中的单体的数量。这样的设置模仿纳米/微流体中的典型实验情况。在易位过程中，如果通道中的单体可以足够快地呈现稳态运动，我们观察到易位时间$τ$与每个珠的驱动力$F$和每个链的单体数量$N$的比例关系$τ\sim N/F$。在较小的沟道宽度$R$的情况下，不能实现稳态运动，从而影响$τ$对$N$和$F$的非通用依赖性。从模拟中，我们还推导出等待时间分布在各种条件下的单段通过通道入口。对于不同链长但相同的驱动力，等待时间随位移坐标$s$的变化曲线的最大值位于相同的$s_{\mathrm{max}}$处，而随着驱动力或沟道宽度的增加，$s_{\mathrm{max}}$值减小。
2011-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Force spectroscopy analysis in polymer translocation
本文报道了一种聚合物的力谱分析，易位从一侧的膜的另一侧通过一个扩展的孔，由一个悬臂，以恒定的速度移动对阻尼和势垒的膜壁的反应产生的拉动。聚合物被建模为一个珠弹簧链与排除的体积和弯曲的贡献，并在一个随机的三维环境中移动所描述的朗之万动力学在固定的温度。在不同的速度下记录的力的轨迹揭示了两个未探索的指数制度：当链的第一部分进入孔时，力增加，然后当第一单体到达反式区域时，力减小。力值的光谱分析允许估计的自由能垒，以及允许移位的极限力。还独立计算了保持聚合物固定的失速力，其值证实了力谱结果。
2018-12-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Finite-size scaling in unbiased translocation dynamics
有限尺寸标度的论点自然地导致我们引入一个坐标依赖的扩散系数在福克-普朗克描述的无偏聚合物易位通过膜孔的后期动力学。的化学坐标的概率密度函数的解决方案相匹配的初始阶段subdiffusive制度，并考虑到平衡熵驱动。精确的标度关系连接的亚扩散指数的发散与聚合物的长度的易位时间，也在吸收边界的概率密度函数的奇异性。与$d=2$中数值模拟数据的定量比较有力地支持了模型和预测缩放的有效性。
2014-02-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous Dynamics of Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore
我们考虑一个聚合物的长度$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}$。
2007-09-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical equivalence between resonant translocation of a polymer chain and diversity-induced resonance
National Institute of Chemical Physics and Biophysics（化学物理与生物物理学国家研究所）；Tallinn University of Technology（塔林理工大学）；Università Campus Bio-Medico di Roma（罗马生物医学大学）
研究揭示了异质振荡器网络中集体同步振荡与聚合物链共振传输之间的动力学等价性，通过机械类比解释共振现象的物理机制。
2025-02-02 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Translocation through environments with time dependent mobility
我们考虑单颗粒和聚合物易位的摩擦性能经历了从环境中的时间变化。这项工作的动机是有趣的频率响应行为时观察到的聚合物是通过一个振荡的宽度孔。为了更好地解释这一点，我们构建了一般的扩散和非扩散的频率响应的增益在易位时间为一个单一的粒子在不断变化的环境中，看看一些具体的变化。对于两个状态的限制，粒子要么有恒定的漂移速度或固定的，我们找到了扩散和非扩散增益的精确表达式。然后，我们将这种方法应用于聚合物易位下不断迫使通过一个孔与正弦变化的宽度。我们发现小聚合物在低频振荡与偏差发生在较长的长度和较高的频率很好的协议。与单个粒子在恒定迁移率下的周期性强迫不同，具有时间依赖迁移率的恒定强迫可以通过操纵福克-普朗克方程得到精确解。
2012-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Splitting probabilities for Brownian motion with diffusing boundaries: Application to polymer translocation
Universität Oldenburg（奥尔登堡大学）；CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay（法国国家科学研究中心，巴黎南大学，萨克雷大学）
本研究针对两端聚合-解聚导致链长随机波动的聚合物纳米孔易位过程，通过映射为含扩散汇的布朗运动模型，精确计算了分裂概率、易位时间与链长分布，验证了幂律尾部特性，还给出分数布朗运动下的数值结果。
2026-08-21 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Passage Times for Polymer Translocation Pulled through a Narrow Pore
我们研究了长度为$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$交叉。我们在这里表明，这些行为源于聚合物动力学在紧邻的孔-特别是，记忆效应的聚合物链张力不平衡的孔。
2007-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Anomalous Dynamics of Translocation
我们研究了聚合物通过膜孔（易位）的动力学，侧重于与单体$N$的数量的缩放特性。易位的自然坐标是在给定时间在空穴一侧的单体数量。通常使用的模型，假设布朗动力学为这个变量预测的平均（非受迫）通过时间$τ$的规模为$N^2$，即使在熵障碍的存在下。然而，游离聚合物通过劳斯动力学扩散其半径量级的距离所花费的时间以大于2的指数缩放，并且这应该提供易位时间的下限。为了解决这一矛盾，我们进行数值模拟与劳斯动力学的幻影（在空间维度$d=1$和2），和自我回避（在$d=2$）链。结果表明，对于大的$N$，易位时间的规模以相同的方式扩散时间，但具有较大的前因子，这取决于孔的大小。这样的缩放意味着易位过程的异常动力学。特别是，在孔处的单体数的波动被预测为在短时间内是非扩散的，而在化学电势差的存在下的聚合物的平均拉伸速度被预测为取决于$N$。
2001-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamics of a polymer in an active and crowded environment
我们研究了一个理想的聚合物链在拥挤的，粘弹性介质中的动力学，并在积极的力量的存在。计算了质心和单个单体的运动。在时间尺度上，相当于持续时间的积极力量，单体可以移动superdiffusively，而在更大的时间尺度subdiffusively行为发生。这种subdiffusion之间的差异，在没有积极的力量是量化的。我们表明，聚合物溶胀响应于活跃的过程，并确定这种溶胀如何取决于环境的粘弹性。我们的研究结果相比，最近的实验中的运动在细菌中的染色体位点。
2015-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Dynamics of polymer ejection from capsid
聚合物通过纳米级孔从衣壳排出是与现代生物技术相关的重要生物过程。在这里，我们研究通用衣壳弹射使用朗之万动力学。我们表明，即使当喷射发生在漂移占主导地位的区域内，有一个很高的概率喷射过程不完成。在孔入口处引入小的对准力显著地增强喷射。这样的孔不对称性是完成病毒排出的机制的候选者。通过详细的高分辨率模拟，我们表明，这样的衣壳喷射是一个不平衡的过程，有许多共同的特点，通过在壁或膜孔驱动聚合物易位的研究。我们发现逃逸时间与聚合物长度$τ\sim N^α$成比例。我们发现，对于孔的不对称性，以前的预测证实了蒙特卡洛模拟不成立。对于具有不对称性的孔，标度指数随着衣壳内的初始单体密度（单体/衣壳体积）$ρ$而变化。对于非常低密度的$ρ\le 0.002$，聚合物仅被衣壳弱限制，并且我们测量了$α= 1.33$，其接近于聚合物移位获得的$α= 1.4$。在中等密度下，分别为$ρ= 0.01$和$0.02$的标度指数$α= 1.25$和$1.21$。这些比例与下限$α= 1.2$的粗略推导一致。对于不对称孔，当密度超过由衣壳完全限制的值$ρ\gtrapprox 0.25$时，精确缩放被破坏。高分辨率的数据表明，衣壳喷射的两个孔，类似于聚合物易位，可以表征为一个乘法随机过程，是由小规模的过渡为主。
2014-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
