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
Melting of DNA in confined geometry
DNA分子在包封过程中的稳定性是一个研究热点。研究了不同长度的双链DNA分子在有限空间中的热稳定性。使用一个统计模型，我们评估了两种几何形状：圆锥形和圆柱形的不同长度的DNA的熔解曲线。我们的结果表明，不仅限制，而且限制空间的几何形状起着显着的作用，在分子的稳定性和开放的方式。
2020-01-31 cond-mat.soft
Electrostatic energy barriers from dielectric membranes upon approach of translocating DNA molecules
我们探测与DNA易位事件的接近阶段相关的静电成本。在Debye-Huckel水平的分析理论中，我们计算了刚性DNA分子与电介质膜相互作用的静电自由能。对于碳或硅基低介电常数中性膜，DNA分子经历10 kBT和100 kBT之间的排斥能垒。在具有高介电常数的工程膜的情况下，膜表面以相同大小的能量吸引DNA。排斥和吸引相互作用都是由图像电荷效应引起的，并且即使对于尺寸d~6 A的最薄的石墨烯基膜，它们的幅度也存在。对于弱电荷膜，静电自由能总是吸引在大的分离距离，但开关排斥接近膜表面。我们还研究了相互作用能对聚合物长度的依赖性。对于膜电荷密度的特定值，低介电常数膜排斥短聚合物，但吸引长聚合物。我们的研究结果可以用来控制强静电自由能的DNA膜相互作用之前易位事件的化学工程的相关系统参数。
2015-11-17 cond-mat.soft
On the rupture of DNA molecule
利用Langevin动力学模拟，研究了剪切力对双链DNA分子断裂的影响。这里研究的模型包含两个单一的两嵌段共聚物相互作用。两嵌段共聚物的各个链段的弹性常数被认为是不同的。我们发现，断裂力的大小取决于力是施加在$3'-3'-$末端还是$5'-5'-$末端。氢键和共价键沿链的延伸分布显示出显着的差异。受最近实验的启发，我们还计算了不同链长的断裂力的变化。通过基于DNA梯形模型的解析计算，验证了模拟结果的正确性。
2015-07-01 cond-mat.soft
T4 DNA condensation in water-alcohol media
在AFM液体池中直接研究了高分子量DNA T4的压缩过程。在高浓度（80%）异丙醇的水-醇环境中，DNA分子在压缩过程中形成的小球的AFM图像被接收到，发现在中等浓度异丙醇（40-50%）时，DNA分子形成部分压缩的结构，其中大分子的分离线圈扭曲成环形结构。使用AFM图像的去卷积技术表明，小球仅包括一个紧密堆积的DNA分子。在原子力显微镜实验的基础上提出了DNA堆积模型。
2011-07-21 cond-mat.soft
Effect of salt concentration on the stability of heterogeneous DNA
研究了阳离子对双链DNA（dsDNA）分子稳定性的影响。溶液中盐形式的阳离子充当屏蔽剂，从而减少这些链之间的排斥。我们研究了几种异质DNA分子。本文采用Peyrard-Bishop-Dauxois（PBD）模型计算了DNA分子在热力学系综和力系综中的相图。解离能和堆积能是影响DNA稳定性的两个最重要的因素。适当的修改模型参数，我们调查阳离子浓度对不同的异质性DNA分子的稳定性的作用。这项工作的目的是了解这些阳离子如何修改不同的对或沿链的碱基的强度。力系综的情况下（dsDNA是从一端拉）的相图与实验结果进行了比较。
2015-09-28 cond-mat.soft
Symmetries of Electrostatic Interaction between DNA Molecules
研究了由碱基对的离散偶极矩和磷酸基团的电荷产生的DNA分子对相互作用$U$模型，找到了保持$U$不变的八阶对称性${\cal S}$的非对易群.我们使用组${\cal S}$的最小值进行分类，并采用数值方法找到它们。最小值可以对应于几个非对称相，以及由分子以接近$\rm{90}^{o}$的角度交叉状构象形成的相，“雪花相”。结果取决于磷酸基团的有效电荷$Q$，其可以被聚阳离子或金属离子修饰。当$Q$高于阈值$Q_C$时，可能存在雪花相。在$Q_C$以下，可能有几个重复阶段。在接近$Q_C$的位置，当相邻分子间的距离不变时，雪花相可以转变为正相。
2007-07-10 cond-mat.soft
Sensing DNA - DNA as nanosensor: a perspective towards nanobiotechnology
基于现代单分子技术，我们设计了一些可能的实验装置来探测DNA的局部性质，例如DNA结，环或折叠的存在，或获得DNA序列的信息。类似地，DNA可以用作局部传感器。采用单分子荧光方法，我们建议利用DNA变性nanoregions的物理学，以找出有关的溶剂条件，如离子强度，存在的结合蛋白质等，通过测量动力学量，特别是，相当敏感的nanoprobes可以构建与当代仪器。
2005-08-20 cond-mat.soft
Pulling short DNA molecules having defects on different locations
我们提出了一个研究的作用，缺陷的短DNA分子的稳定性。我们考虑短的DNA分子（16个碱基对），并调查这些分子的热以及机械变性的缺陷，发生在分子的任何地方的存在下。为了研究，我们考虑四种不同类型的链。不仅AT与GC的比例不同，而且AT和GC沿分子的分布也不同。在统计模型中进行适当的修改，以显示一对中的缺陷，我们研究了短DNA分子在热力学和恒力系综中的变性。在力系综中，我们将DNA分子从每一端拉出（保持另一端自由），并观察到分子中存在缺陷时分子开放的一些有趣特征。我们计算的概率开放的DNA分子在恒力合奏解释碱基对的开放，因此在存在缺陷的分子的变性。
2015-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pyrophosphate Groups in Liquid Crystalline Phases of the DNA
我们研究了DNA分子之间的静电相互作用，其中糖-磷酸骨架上的一些磷酸基团被交换为焦磷酸基团。我们采用一个模型，其中的DNA被认为是一个一维晶格的偶极子和电荷对应的碱基对和（焦）磷酸基团，分别。DNA分子之间的相互作用由两组偶极子之间的静电力的对势$U$和属于描述分子的相应晶格的电荷描述。电势的最小值$U$表示分子的取向有序，从而表示DNA的液晶相。我们使用数值方法来寻找一组最小值结合验证潜在的$U$的对称性。这些对称构成了一个8阶非交换群${\cal S}$。使用组${\cal S}$，我们提出了DNA的液晶相的分类，它允许几个液晶相，即多态性。焦磷酸盐形式的DNA可以澄清电荷在其液晶相中所起的作用，并有助于实验研究，这对纳米技术和生物医学应用很重要。
2008-08-07 cond-mat.soft
Effects of Counterions on Nano-confined DNA Thin Films
DNA分子旋涂在无定形石英基板上，形成稳定的薄膜。沿膜深度的电子密度分布（EDPs）表明，从DNA的水溶液制备的膜表现出分层的分子在三个堆栈平行于基板，而从counterweight添加的溶液制备的膜没有分层，但具有较小的厚度和增强的表面粗糙度，虽然这两种膜具有“液体样”的高度高度的相关性。我们解释了这些结果由一个模型的膜的“液体”包括棒状分子在液体中的反离子浓度决定的杆长。
2014-04-03 cond-mat.soft
Rapid Sequencing of Individual DNA Molecules in Graphene Nanogaps
我提出了一种使用石墨烯纳米间隙读取单个DNA分子的碱基序列的技术。
2008-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Elongation/Compaction of Giant DNA Caused by Depletion Interaction with a Flexible Polymer
用单DNA观察法研究了柔性聚合物PEG对巨DNA结构的影响。在稀释的DNA条件下，单个DNA通过离散的螺旋-小球转变呈现紧凑状态，而在浓缩溶液中，DNA分子通过宏观相分离表现出延伸的构象。DNA拉伸状态的长轴长度比紧凑状态的长轴长度大约1000倍。相分离在高DNA浓度发生在较低的PEG浓度比在低DNA浓度的压实。这些相反的变化在DNA分子的构象解释的自由能，包括耗尽相互作用。
2005-09-29 cond-mat.soft
Topology-dependent anomalous dynamics of ring and linear DNA are sensitive to cytoskeleton crosslinking
细胞骨架拥挤在DNA分子通过细胞的扩散中起着关键作用，作为有效的细胞内转运和构象稳定性的屏障，这些过程如转染、病毒感染和基因治疗。在这里，我们阐明的传输特性和构象动力学的线性和环状DNA分子扩散通过纠缠和交联的复合网络的肌动蛋白和微管。我们耦合单分子构象跟踪与差分动态显微镜显示，环和线性DNA表现出令人惊讶的不同的运输性能，不同的影响细胞骨架交联。环状DNA螺旋是溶胀的，并经历不均匀和双相的亚扩散，这是由交联阻碍。相反，交联实际上促进了紧凑的线性链所表现出的单模亚扩散。我们的集体结果表明，细胞骨架细丝的短暂穿过在环状DNA的动力学中发挥着关键作用，而细胞骨架的流动性决定了线性DNA的运输。
2019-10-21 cond-mat.soft
Correlation-induced DNA adsorption on like-charged membranes
DNA或其他生物分子在带电膜上的吸附是软物质和生物纳米技术系统中反复出现的主题。遇到的两种典型情况是将单个DNA链沉积到基底上用于进一步分析，例如，通过力显微镜，或将聚电解质拉入膜纳米孔中，如在测序应用中。在本文中，我们提出了一个理论分析，这种情况下的自洽场论的方法，它使我们能够解决的重要影响的电荷相关性的基础上。我们计算了浸入电解质中的刚性电极与带负电荷的电介质膜接触时的巨电势。为了简洁起见，我们忽略构象聚合物的波动和模型的分子作为一个刚性带电线。在强荷电膜上，吸附的反离子增强了界面区域的屏蔽能力。在高电荷的聚合物，如双链DNA分子靠近膜的存在下，这种增强的界面屏蔽主导平均场水平的DNA-膜排斥，并导致DNA分子吸附到表面。这张照片为最近观察到的DNA结合到类似电荷的底物上提供了一个简单的解释[G。L- Caballero等人，软物质10，2805（2014）]，并指出电荷相关性是聚合物-表面相互作用的不可忽略的成分。
2016-10-12 cond-mat.soft
Conductivity of DNA probed by conducting-atomic force microscopy: effects of contact electrode, DNA structure, surface interactions
我们用导电原子力显微镜研究了DNA分子的导电性，作为基底表面的化学性质，电接触的性质和DNA分子的数量（从几个分子到包含多达106个分子的绳索和大纤维）的函数。独立于表面的化学性质（疏水或亲水，电中性或带电），我们发现DNA是高电阻的。从大量的电流-电压曲线测量沿DNA的几个距离，我们估计的电导率约为10-6-10-5 S·cm-1/DNA分子。对于单个DNA分子，这种高电阻行为与其表面上的扁平构象（与其标称值~2.4 nm相比，厚度减小，~0.5-1.5 nm）相关。我们发现在DNA和金属电极之间插入有机半导体缓冲膜提高了接触的可靠性，而直接金属蒸发通常会破坏DNA并阻止任何电流测量。在真空或干燥氮气下长时间暴露后，电导率强烈降低，从而得出结论，DNA水合壳中的水分子和离子起主要作用。
2004-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Attraction between DNA molecules mediated by multivalent ions
两个平行的DNA分子之间的有效力计算为它们的相互分离的函数，为不同的反离子和盐离子的化合价和不同的盐浓度。使用原始模型的计算机模拟，并使用不同的几何形状精确地模拟DNA分子的形状。我们发现，多价离子诱导DNA分子之间的吸引力，其强度可以通过调整的平均价的离子。引力的物理起源可以追溯到静电或熵的贡献。对于多价反离子和单价盐离子，我们发现盐诱导的稳定化效应：力是第一吸引力，但得到排斥盐浓度的增加。此外，我们表明，多价离子诱导的吸引力并不一定与DNA过充电。
2003-11-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Conductance of DNA molecules: Effects of decoherence and bonding
通过将最近开发的唯象统计模型（EPJB { \bf 68}，237（2009））拟合到实验结果来检查退相干和键合对单个双链DNA分子的线性电导的影响。DNA分子本身通过紧密结合梯形模型来描述，该模型具有从公开的从头计算获得的参数（J.Am.Chem.Soc. { \bf 127}，14894（2005））。与序列和长度依赖性实验的良好协议给出了一个提示的性质在DNA中的传导，并在同一时间提供了一个关键的测试模型。
2010-07-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Long range electronic tranport in DNA molecules deposited across a disconnected array of metallic nanoparticles
我们详细报告了我们的实验上的传导$λ$ DNA分子在很宽的温度范围内沉积在几纳米厚的铂膜狭缝。这些绝缘狭缝制造使用聚焦离子束蚀刻和其特征在于广泛使用近场和电子显微镜。该表征揭示了作为离子蚀刻的结果，狭缝内部存在金属Ga纳米颗粒。在沉积了$λ$ DNA分子后，使用我们详细描述的协议，一些狭缝变得导电，并在低温下表现出超导波动。我们认为，所观察到的传导是由于沿DNA分子的运输，与镓纳米粒子存在于狭缝中的相互作用。在低温下，当Ga变成超导体时，因此可以观察到诱导超导性。这些结果表明，微小的金属颗粒可以很容易地将载流子转移到附着的DNA分子上，并提供了一个可能的和解，这是以前关于DNA分子可以导电的长度的明显矛盾的实验结果。
2012-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Structural Analysis of DNA molecule in a confined shell
最近的进展，在操作和操纵DNA提供了独特的实验可能性，在许多领域的DNA研究，特别是在基因治疗。研究人员已经部署了许多实验和理论技术来研究由于外部扰动而导致的DNA结构变化。理解DNA分子在受限状态下的结构和动力学变化对于理解和控制受限于腔室或纳米通道中的DNA的自组装以用于各种应用是至关重要的。在本论文中，我们进一步研究了限制对双链DNA热稳定性和结构性质的影响。本工作是我们以前研究工作的延伸。在我们的研究中，我们考虑了一个1 BNA链，被限制在圆柱形的几何形状。限制区的几何形状如何影响DNA分子的开口和其他结构参数是本文的目的。我们使用的统计模型（PBD模型）和分子动力学模拟为我们的目的。
2022-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theoretical models for single-molecule DNA and RNA experiments: from elasticity to unzipping
本文综述了核酸单分子微操作实验的物理力学理论。首先，介绍了用于描述聚合物弹性的模型。然后，我们回顾这些模型是如何用来解释单链和双链DNA的单分子力延伸实验。根据所使用的力和分子，观察到平滑的弹性行为和突然的结构转变。第三，我们将展示如何结合两个单一的核酸链的弹性与它们之间的碱基配对的相互作用的描述解释了很多的现象和动力学的RNA和DNA“解压缩”实验。
2002-06-13 cond-mat.soft q-bio
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
Effects of the size and concentration of depleting agents on the stabilization of the double-helix structure and DNA condensation: a single molecule force spectroscopy study
本研究利用单分子力谱技术，揭示了耗竭剂的尺寸和浓度对DNA凝聚及双螺旋结构稳定化的影响，发现DNA凝聚阈值浓度、熔融平台力值及平均长度均强烈依赖于耗竭剂尺寸，有助于理解拥挤细胞环境中大分子对DNA相关功能的作用。
2023-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Extension, Torque and Supercoiling in Single, Stretched and Twisted DNA Molecules
我们重新研究了最初由Neukirch和Marko研究的模型，该模型描述了单个，拉伸和扭曲DNA分子中的伸展，扭矩和超螺旋，该分子由伸展和超螺旋状态的混合物组成，现在使用更准确的形式的自由能解扭曲但拉伸的DNA。原始模型使用了这种自由能的近似形式，与实验的一致性只是定性的。我们发现，这种更准确的自由能显着改善的结果，使他们定量协议与实验，在整个力制度。这是相当令人惊讶的，考虑到该理论是完全无参数的。
2015-11-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Single-Molecule Structure and Topology of Kinetoplast DNA Networks
动基体DNA（Kinetoplast DNA，kDNA）是一种二维的奥林匹克环状网络，由2.5 kb长的DNA微环相互连接而成，存在于某些被称为锥虫的寄生虫中。了解这种结构的自组装和复制不仅是生物学中的重大开放问题，而且还可以为合成拓扑材料的设计提供信息。在这里，我们报告的第一个高分辨率，单分子研究的kDNA网络拓扑结构，使用原子力显微镜和操纵分子动力学模拟。我们绘制了网络中的DNA密度以及微环的连接数和价态的分布。我们还研究了围绕网络的DNA枢纽，并表明它们会引起类似于2D弹性热片的屈曲过渡。有趣的是，我们观察到一个广泛的分布的密度和价的微环，表明异质网络结构和不同的kDNA结构的个性化。我们的研究结果解释了该领域的突出问题，并提供了对独特拓扑材料性质的单分子见解。
2022-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Maxwell viscoelastic dynamics of the DNA in the THz range
DNA声子模的衰减是由于DNA分子吸附的水分子与本体溶剂交换的结果。利用麦克斯韦的弛豫机制和DNA的简单晶格模型，我们表明，当声子频率大于水分子的逆停留时间时，衰减趋于恒定值。我们得出的结论是，在太赫兹范围内的衰减可以足够小，允许声子模式的传播。
2011-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Facilitation of DNA loop formation by protein-DNA non-specific interactions
复杂的DNA拓扑结构，包括聚合物环，经常被观察到在生物过程中，当蛋白质分子同时结合到DNA上的几个遥远的位点。然而，这些系统的形成的分子机制仍然没有很好地理解。现有的理论研究仅关注蛋白质和DNA分子在靶序列处的特异性相互作用。然而，初级蛋白质-DNA相互作用的静电起源表明，蛋白质与所有DNA片段的相互作用应予以考虑。在这里，我们从理论上研究蛋白质和DNA分子之间的非特异性相互作用对环形成动力学的作用。我们的方法是基于分析一个离散状态的随机模型，通过首次通过概率的方法辅以蒙特卡洛计算机模拟。据发现，取决于蛋白质的滑动长度在非特异性结合事件的DNA环形成的三个不同的动态制度可能会被观察到。此外，环形成时间可以通过改变蛋白质滑动长度、DNA分子的大小和特定靶序列在DNA上的位置来优化。我们的研究结果表明，非特异性蛋白质-DNA相互作用的DNA环形成的动力学的重要性。还提出了几个定量的预测，可以通过实验测试。
2019-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
DNA self-assembly of single molecules with deterministic position and orientation
一个理想的纳米制造方法应该允许纳米粒子和分子的组织与纳米位置精度，化学计量控制和明确的方向。DNA折纸技术已经发展成为一种高度通用的自下而上的纳米制造方法，几乎满足了所有这些特征。它可以通过化学计量控制实现分子和纳米颗粒的纳米定位，甚至可以沿着预定方向定向不对称纳米颗粒。然而，定向单个分子一直是一个长期的挑战，主要是由于非特异性静电相互作用。在这里，我们展示了如何单分子，即Cy5和Cy3荧光团，可以通过将它们双重连接到杂交的寡核苷酸链上，同时留下足够的未配对碱基来诱导拉伸力，从而以受控的方向并入DNA折纸中。特别地，我们探索了留下0，2，4，6和8个未配对碱基的影响，并找到0和8个未配对碱基的极端取向，分别对应于垂直和平行于DNA双螺旋的分子。我们预见，这些结果将扩大应用领域的DNA折纸对纳米器件的制造涉及广泛的取向依赖的分子相互作用，如能量转移，分子间电子输运，催化，激子离域，或电磁耦合的分子特定的共振纳米天线模式。
2022-07-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Elasticity model of a supercoiled DNA molecule
在一个简单的弹性理论中，我们研究了超螺旋DNA分子在热平衡下的伸长与力的关系。将该配分函数映射到带非量子化电荷的磁介质场中的量子带电粒子的路径积分表示。我们表明，该理论是奇异的连续极限，必须正则化在一个中间的长度尺度。与现有的实验数据吻合较好，并指出了如何准确测量扭转刚度。
1997-11-06 cond-mat.soft q-bio
Comment on "Elasticity Model of a Supercoiled DNA Molecule"
我们进行模拟，数值研究的扭曲分布的刚性聚合物。我们比较了Bouchiat和Mezard（PRL 80 1556-（1998）; cond-mat/9706050）的分析结果。
2001-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Controlling the size and adhesion of DNA droplets using surface-active DNA molecules
本研究利用可结合DNA纳米星的长DNA作为表面活性剂，通过其刷状结构产生的分离压实现了DNA液滴尺寸与粘附性的调控，为生物分子液滴的基础研究与应用提供了新方法。
2023-10-03 cond-mat.soft physics.bio-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
A Numerical Study of Three-Armed DNA Hydrogel Structures
我们提出了一个由三价Y形DNA分子组成的DNA水凝胶的数值分析。构建块从互补的单链DNA片段完全可逆地自组装。我们比较熔化曲线从两个模拟与oxDNA 2模型和实验，并找到很好的协议。当在设计中做出几个改变时，研究Y-DNA分子的形态。向Y-DNA分子的中心核心区域添加惰性核苷酸对其整体几何形状的影响非常小，而粘性末端中的回文序列（单个Y-DNA分子通过其杂交）对其相对扭曲和弯曲角度具有深远的影响。
2019-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Concerted motion of protons in hydrogen bonds of DNA-type molecules
本文研究了DNA型双螺旋碱基对中氢键中质子转移的动力学行为。在弹性自由度和隧穿自由度耦合的假设下，导出了描述质子隧穿协同运动的非线性非局域薛定谔方程（SNLNL）.对SNLNL解的粗略估计表明，质子的协同隧穿和双螺旋的对称性之间存在密切的相互作用。
2001-02-26 cond-mat.soft q-bio
Fine-tuning the DNA conductance by intercalation of drug molecules
在这封信中，我们研究了小配体嵌入DNA分子的结构-输运性质的关系，使用多尺度建模方法，其中广泛的从头计算进行了许多MD模拟配置的dsDNA和dsDNA插入两个不同的嵌入剂，乙锭和道诺霉素。DNA电导被发现增加了一个数量级后，药物嵌入由于当地解旋的DNA碱基对相邻的嵌入位点，导致修改的状态密度在近费米能区的配体-DNA复合物。我们的研究表明，嵌入剂可用于增强/调节DNA电导，这为其在纳米电子学中的潜在应用开辟了新的可能性。
2020-12-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Growth of immobilized DNA by polymerase: bridging nanoelectrodes with individual dsDNA molecules
我们提出了一种方法，用于控制连接的金电极与双链DNA分子（本地芯片上），通过利用聚合酶延长单链DNA引物连接到电极。巯基修饰的寡核苷酸通过介电电泳捕获被定向并固定到纳米级电极上，并在模拟PCR的过程中延伸，最终形成桥接电极之间间隙的完整dsDNA分子。该技术为自下而上的构建、检测和传感应用以及分子电子学提供了机会。
2011-08-12 cond-mat.other cond-mat.soft physics.bio-ph
The pulling force of a single DNA molecule condensed by spermidine
在最近的一项实验中，一个DNA双螺旋在亚精胺（一种短的正电荷）的存在下被拉伸和松弛，拉力被测量为DNA延伸的函数。在一定的亚精胺浓度范围内，出现一个力平台，其值随亚精胺浓度的变化而出现最大值。我们提出了一个定量的理论，这个平台力的基础上重入冷凝的理论，并推导出几乎抛物线行为的平台力的亚精胺浓度的对数在冷凝范围内的函数。我们的结果与实验数据符合得很好。
2004-01-09 cond-mat.soft q-bio.BM
An All-Electric Single-Molecule Hybridisation Detector for short DNA Fragments
结合DNA纳米技术和纳米移液管中的高带宽单分子检测，我们展示了一种用于短DNA序列（< 100 nt）的全电无标记杂交传感器。已知这种短片段作为循环无细胞DNA存在于各种体液中，例如血浆和唾液，并且已经被鉴定为癌症和传染病的疾病标志物。为此，我们使用来自结核分枝杆菌中RV 1910 c基因的88-mer靶标作为模型系统，该靶标与结核病中的抗生素（异烟肼）抗性相关。在结合到连接到长载体DNA的短探针时，我们表明纳米移液管中的电阻脉冲感测能够以统计学上稳健的方式识别相当细微的结构差异，例如探针的杂交状态。随着对多路复用和高通量分析的巨大潜力，我们的研究指向一种新的单分子DNA检测技术，该技术快速，易于使用，并与护理点环境兼容。
2018-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Quantitative analysis of reptation of partially extended DNA in sub-30 nm nanoslits
我们观察到单个DNA分子在高度低于30 nm的熔融石英纳米缝中的蠕动。利用取向相关和横向涨落分析定量地表征了蠕动行为和约束效应。我们表明，在强准二维限制和与纳米缝中的表面钝化聚乙烯吡咯烷酮（PVP）分子的相互作用下，紧张的聚合物会出现管状聚合物运动，而蚀刻诱导的器件表面粗糙度，芯片键合材料和DNA嵌入染料表面相互作用则起次要作用。这些发现具有强烈的影响，在纳米流体系统的表面改性的效果与单分子DNA分析的潜在应用。
2015-02-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
DNA entropic elasticity for short molecules attached to beads
在单分子实验中，力被施加到DNA或RNA分子上，使得核酸性质和核酸-酶相互作用的重要发现成为可能。这些实验依赖于聚合物力延伸行为的模型来校准实验;通常实验使用蠕虫状链（WLC）理论用于双链DNA和RNA。这一理论与长分子的实验结果吻合得很好。最近的单分子实验使用较短的分子，其轮廓长度在1-10个持久长度的范围内。迄今为止，大多数WLC理论计算都假设分子长度为无限长，并且与较短链的实验不一致。当使用较短分子时变得重要的关键物理效应包括（i）约束分子末端处允许的波动的边界条件和（ii）聚合物所连接的珠的旋转波动，其改变分子的表观延伸。我们描述了有限蠕虫状链（FWLC）理论，它考虑到这些影响。我们表明FWLC预测偏离经典的WLC解决方案的分子轮廓长度的几倍的持久性长度。因此，FWLC将允许更准确的实验校准相对较短的分子，促进未来的发现在单分子力显微镜。
2006-01-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Quantum effects and magnetism in the spatially distributed DNA molecules
综述了简单和过渡金属离子（Gd，La，Cu，Zn，Au）掺杂DNA结构的电子和磁性。一维和二维系统被认为是。特别注意的是钆和铜掺杂的DNA系统，其不寻常的磁性被治疗。讨论了生物系统中的经典和量子输运（包括复制和转录过程中遗传信息的转移）和电子定位问题。
2017-09-02 cond-mat.soft cond-mat.str-el physics.bio-ph
DNA Dynamics in Dual Nanopore Tug-of-War
本文利用166 kbp T4-DNA模型系统研究双纳米孔反馈偏压下的DNA拔河动力学，揭示长分子不对称捕获及自由端逃逸机制。
2025-08-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Noise Activated Fast Locomotion of DNA through Frictional Landscape of Nanoporous Gel
据推测，凝胶基质和DNA分子之间的非线性固体摩擦会抑制DNA在电泳过程中通过凝胶纳米孔的运动。在这篇文章中，它表明，外部噪声可以减轻固体摩擦的影响，从而提高在电泳设置中的DNA的流动性。在存在噪声的情况下，与常规电泳相比，DNA的迁移率增加超过~ 113%。虽然在高噪声功率下，DNA表现出Arrhenius动力学，但在低噪声功率下，超Arrhenius动力学表明DNA分子的激活运动的集体行为。随机模拟修改后的Langevin动力学与不对称的孔径分布的琼脂糖凝胶成功地预测了DNA分子的流动性，并揭示了整体动力学的显着特点。这种“噪音润滑性”可能具有从分子到宏观运动的更广泛的适用性。
2022-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Single molecule study of DNA collision with elliptical nanoposts conveyed by hydrodynamics
微柱或纳米柱的周期性阵列构成具有优异性质的固态基质，用于DNA尺寸分离。纳米纤维技术提供了许多解决方案来定制障碍物阵列的几何形状，但大多数研究都是用六边形晶格排列的圆柱体进行的。在这份报告中，我们研究了单DNA碰撞的动力学椭圆纳米柱使用流体动力学驱动。我们的数据表明，不对称的障碍物脱钩动力学的影响很小，从而证实了最近的预测布朗动力学模拟。此外，我们表明，分离动力学正确预测的电泳模型，并提出这种一致性是与限制在狭缝状通道。我们最后得出结论，椭圆柱有望略微提高分离装置的性能。
2014-09-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Charge Transport in DNA
本文提出了一个模型来解释聚鸟嘌呤-聚胞嘧啶DNA分子的实验I-V曲线。
2005-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Distribution Functions, Loop Formation Probabilities and Force-Extension Relations in a Model for Short Double-Stranded DNA Molecules
本文用传递矩阵方法得到了短双链DNA分子的端-端距离分布函数$P(R)$、成环概率和力-伸展关系。考虑到“气泡”的出现，与热平衡中双链DNA的几个碱基对的打开相关的增强柔性的局部区域导致$P(R)$的急剧变化和不寻常的力-延伸曲线。提出了存在气泡时回路形成概率的解析公式。对于短{ \em异质}链，我们证明了一个很强的依赖性，在最近的实验中看到的循环形成概率的序列。
2005-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Spin-dependent electron transport along hairpin-like DNA molecules
手性诱导的自旋选择性（CISS），在不同的手性分子中被许多实验和理论小组证明，近年来一直吸引着广泛和持续的兴趣。作为DNA的二级结构，DNA发夹结构的电荷转移已经被广泛研究了二十多年，最近的实验发现DNA发夹结构具有自旋相关效应。在这里，我们提出了一个设置，直接证明CISS效应的DNA发夹接触的两个cirrhoids在茎的两端。我们的结果表明，DNA发夹结构具有明显的CISS效应，用导电分子作环可以增强自旋极化。特别是DNA发夹结构显示出一些有趣的特征，这些特征不同于其他手性分子。首先，当电子能量位于茎的左/右电子带时，局域自旋流可以循环流动并聚集成多个涡旋团簇。涡旋团簇的手征性在各个带中是相同的，并且通过将电子能量从左带切换到右带而反转，引起自旋极化的符号反转。有趣的是，局部自旋电流可以大于源极-漏极电流的相应自旋分量。第二，电导和自旋极化都可以随着分子长度以及退相强度而增加，这与当遭受较强散射时分子线的传输能力应该较差的物理直觉相反。第三，我们揭示了有效的电子输运和CISS效应的最佳接触结构，这是彼此不同的，可以控制的退相强度。说明了潜在的物理机制。
2020-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Speeding up a single-molecule DNA motor with a simple catalyst
我们展示了一种催化控制方法，用于加速Li和Tan引入的单分子DNA马达[Nano Lett. { \bf 2}，315（2002）]。循环的反应部分中的关键限速障碍是第二燃料链$B$折叠成原始马达链$M$的椅状构型的趋势。这严重阻碍了恢复反应。我们设计了一条催化链来抑制$B$的折叠。催化剂的引入使恢复反应加速大约2倍。该催化剂显示出超过一个循环的稳健行为。实验数据可以用含中间产物的模型来理解。该技术提供了对电机恢复速率的动态控制，而不影响矫直速率。
2005-09-07 cond-mat.other cond-mat.soft
Binding of molecules to DNA and other semiflexible polymers
本文提出了一种小分子如表面活性剂与半柔性聚合物结合的理论。假设持久长度比单体尺寸大，但比总链长小得多。这种聚合物（例如DNA）代表了柔性聚合物和刚性棒状聚合物之间的中间情况，其与小分子的关联先前已被研究过。这些链不够灵活，不能积极参与自组装，但它们的波动会诱导结合分子之间的长程吸引力相互作用。在结合显著影响局部链刚度的情况下，这些相互作用导致非常尖锐的合作缔合。这种情况与DNA与表面活性剂和紧凑蛋白如RecA的关联有关。施加在链上的外部张力被发现显着修改通过抑制波动引起的相互作用的结合。
2000-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Charge Transport in DNA-Based Devices
半个多世纪以来，沿着DNA分子的电荷迁移引起了科学界的兴趣。在过去的十年中，从大量分子的溶液化学实验中获得了关于供体和受体之间通过DNA的可能高速率的电荷转移的报告，引发了一系列通过DNA单分子，束和网络的直接电输运测量。这些测量在这里进行审查和介绍。从这些实验中，我们得出结论，电传输是可行的，在短的DNA分子，束和网络，但在长的单分子连接到表面被阻止。实验背景的补充帐户的理论/计算方案，适用于研究基于DNA的纳米线的电子和输运性质。选定的应用程序的例子，显示当前的理论方法的能力和限制，以准确地描述的电线，解释运输测量，并预测合适的策略，以提高DNA纳米结构的导电性。
2004-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Comparing transient oligonucleotide hybridization kinetics using DNA-PAINT and optoplasmonic single-molecule sensing on gold nanorods
我们报告了两个单分子传感的光子技术：荧光纳米显微镜和光等离子体传感的比较。作为测试系统，具有和不具有荧光标记的寡核苷酸与连接到金纳米棒的互补对接链瞬时杂交。比较所测量的单分子动力学有助于检查荧光标记的影响以及由不同的传感几何形状引起的因素。我们的研究结果表明，DNA解离没有显着改变的荧光标记，而DNA协会的几何因素的影响，在这两种技术。这些发现为以互补的方式利用等离子体传感和荧光纳米显微镜打开了大门，这将有助于构建更强大的传感器，并揭示影响单分子行为的复杂效应。
2021-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.ins-det
J-factors of short DNA molecules
短DNA序列的倾向，转换成圆形的形式进行了研究介观哈密顿方法，其中包括分子轴的弯曲和固有的扭曲的DNA链。相对于螺旋直径的碱基对波动被视为虚时间路径积分形式主义的路径轨迹。封闭分子子系综的配分函数是通过在径向涨落和角自由度上施加链端边界条件来计算的。环化概率，J-因子，被证明是高度敏感的堆积电位，主要是其非线性参数。我们发现J因子通常通过减少序列长度（N）而降低，并且更显著地，低于N = 100个碱基对。然而，即使对于非常小的分子，J因子仍然相当大，与最近的实验指示一致。相邻碱基对之间的大弯曲角和非谐堆积是短长度尺度下螺旋柔性的原因。
2016-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
