Effect of Intrinsic Curvature on Semiflexible Polymers
近年来，人们发现许多重要的生物高分子都具有内禀曲率。例如，动物细胞中的微管蛋白原丝、细菌中的FtsZ丝和双链DNA。我们研究如何影响这些聚合物的固有曲率的构象统计。本文给出了二维和三维切-切空间关联函数C（r）= t（s）·t（s + r）的精确结果。与预期相反，C（r）不显示任何振荡行为，而是指数衰减，并且对于短聚合物，有效持续长度具有很强的长度依赖性。我们还计算了端到端距离R的分布函数P（R），并展示了如何使用环路形成概率从WLC中提取弯曲链。
2009-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the confinement of semiflexible chains under torsion
研究了有限扭矩对受限环境中半柔性聚合物的影响。它示出了如何一个新的长度尺度出现在强约束极限。扭矩的影响，在纳米通道中的生物聚合物的延伸也触及后，有人认为，扭矩的存在下有很强的影响，需要防止发夹的纳米通道的尺寸。
2012-12-27 cond-mat.soft q-bio.BM
Semiflexible polymers under external fields confined to two dimensions
通过分子动力学模拟研究了二维半柔性聚合物的非平衡结构和动力学性质。三种不同的情况被认为是：力的延伸关系的拴系聚合物，最初拉伸的半柔性聚合物的松弛，和剪切流动下的半柔性聚合物。我们发现定量协议与理论预测的力-延伸关系和熵收缩聚合物的时间依赖性。剪切流动下的半柔性聚合物在大的剪切速率下表现出显着的构象变化，其中刚性较低的聚合物被流动延伸，而刚性较高的聚合物被收缩。此外，聚合物通过流动排列，从而二维半柔性聚合物的行为类似于三维柔性聚合物。在高剪切速率下，翻滚时间显示幂律依赖性，其指数与三维系统中的柔性聚合物的指数相当。
2012-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Breakdown of the Kratky-Porod Wormlike Chain Model for Semiflexible Polymers in Two Dimensions
通过对$d=2$维半柔性聚合物的大规模蒙特卡罗模拟，验证了Kratky-Porod模型的适用性。该模型被广泛用作描述刚性聚合物的构象和力-延伸曲线的“标准模型“。结果表明，半柔性聚合物在$d=2$中表现出从硬杆到自回避行走的交叉，中间高斯制度（暗示的Kratky-Porod模型）是完全不存在的。因此，后者也可以描述力与延伸曲线，只有当轮廓长度是只有几倍大于持久长度。生物聚合物在界面上的实验的后果进行了简要讨论。
2011-11-14 cond-mat.soft
Normal stresses in semiflexible polymer hydrogels
已知生物聚合物凝胶如纤维蛋白和胶原网络在经受扭转时产生拉伸轴向应力。这种负的法向应力与大多数弹性固体（包括合成聚合物凝胶）观察到的经典坡印廷效应相反，其中扭转引起正的法向应力。如最近所示，纤维蛋白凝胶中的这种异常行为取决于生物聚合物凝胶的开放的多孔网络结构，这有利于剪切过程中的间质流体流动，并且可以通过网络和溶剂之间具有粘性耦合的唯象双流体模型来描述。在这里，我们扩展了这个模型，并开发了一个微观模型的应力张量，确定半柔性聚合物水凝胶的轴向响应的各个对角分量。这个微观模型预测，这些应力分量的大小取决于反向的特征应变的非线性剪切应力的发病，我们证实实验上的纤维蛋白凝胶剪切流变仪。此外，我们的模型预测的瞬态行为的正应力，这是在很好的协议与全时间依赖的正应力，我们测量。
2018-03-07 cond-mat.soft
Stretching short biopolymers by fields and forces
我们研究了半柔性聚合物的机械性能时，聚合物的轮廓长度是其持久长度相媲美。我们计算了不同边界条件下聚合物的精确平均端到端距离和形状，并表明边界效应可能导致与众所周知的长聚合物结果的显着偏差。我们还考虑的情况下，拉伸均匀带电的生物聚合物的电场，我们计算的平均延伸和平均形状，这是喇叭状的。我们的研究结果也适用于长的生物聚合物时，热波动已被平滑了一个大的应用领域或力量。
2007-04-06 cond-mat.soft q-bio.BM
Origin of slow stress relaxation in the cytoskeleton
动态交联的半柔性生物聚合物，如肌动蛋白细胞骨架，控制着活细胞的机械行为。半柔性生物聚合物响应于机械载荷而非线性地弯曲，而交联剂动力学允许随时间的应力松弛。在这里，我们表明，通过流变学和理论建模，在时间和应力相结合的非线性导致一个意想不到的缓慢应力松弛，类似于接近玻璃化转变的无序系统的动态。我们的工作表明，瞬时交联结合内应力可以解释以前的报告软玻璃状流变细胞，其中的剪切模量随频率增加弱。
2019-04-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
The effect of internal and global modes on the radial distribution function of confined semiflexible polymers
在当代纳米器件中利用由纳米尺度和微米尺度限制对热波动生物聚合物的构象自由度施加的约束来专门拉长和操纵单链。因此，对受限聚合物链的统计构象的透彻的理论理解和量化是聚合物物理学中的一个中心问题。本文给出了简谐约束半柔性聚合物在弱弯曲极限下径向分布函数的解析计算。特别强调了全球模式的适当处理，即链在通道内执行全球运动的可能性。我们发现，这些全球模式的效果显着影响链统计的情况下，弱和中间限制。将我们的分析模型与蒙特卡罗模拟的数值数据进行比较，我们发现在很宽的参数范围内具有很好的一致性。
2010-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Anisotropic Hydrodynamic Mean-Field Theory for Semiflexible Polymers under Tension
我们介绍了一个各向异性的平均场方法的半柔性聚合物的动力学在中间张力，力的范围内，链部分延伸，但不是在一个近直轮廓的渐近制度。该理论的目的是准确地再现拉伸聚合物的最低阶平衡平均值，并处理问题的全部复杂性：所产生的动态包括耦合效应的长程流体动力学相互作用，骨干刚度，和大规模的聚合物轮廓波动。通过布朗流体动力学模拟和拉伸DNA上的光镊测量的比较验证，该理论在宽的动态范围内的中间张力制度中是高度准确的，而不需要额外的动态拟合参数。
2011-07-13 cond-mat.soft q-bio.BM
Harmonically confined, semiflexible polymer in a channel: response to a stretching force and spatial distribution of the endpoints
我们考虑一个不可伸展的，半柔性的聚合物或蠕虫状的链，其在横向上被抛物线势所限制，并在末端受到纵向力，使得聚合物被拉伸并且回折可以忽略不计。简单的解析表达式的配分函数，有效的在这个政权中，获得任意长度的链与各种边界条件的结束。还分析了端点的空间分布或径向分布函数。
2011-07-16 cond-mat.soft
Refolding dynamics of stretched biopolymers upon force quench
单分子力谱方法可用于从折叠景观的任意区域生成生物聚合物的折叠轨迹。我们说明了折叠动力学的复杂性和通用方面的崩溃的RNA和蛋白质的力量淬火后，使用模拟的RNA发夹和理论的基础上的de Gennes模型的均聚物崩溃。折叠时间$τ_F$不对称地取决于$δf_S = f_S - f_m$和$δf_Q = f_m - f_Q$，其中$f_S$（$f_Q$）是拉伸（淬灭）力，$f_m$是RNA发夹的过渡中间力。根据实验，分子延伸的弛豫动力学，$R(t)$，发生在三个阶段：在延伸的快速初始减少之后是一个平台，最后在$R(t)$的突然减少，发生作为接近天然状态。平台期的持续时间随着$λ=τ_Q/τ_F$降低而增加（其中$τ_Q$是力从$f_S$降低到$f_Q$的时间）。力淬火弛豫机制的变化，因为$λ$是改变反映在实验上可测量的时间相关的熵，这是直接计算的折叠轨迹。张力下的de Gennes模型的解析解再现了$R(t)$中的多级动力学。预测的崩溃的初始阶段也应该是聚合物的一个通用功能验证通过模拟的动力学的半柔性（柔性）均聚物在不良溶剂中淬火后，从一个完全拉伸状态的力的环形（小球）形成。我们的研究结果为蛋白质折叠的多个不同的实验观察提供了统一的解释。
2009-11-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear Poisson effect in affine semiflexible polymer networks
本文研究了仿射半柔性聚合物网络中的非线性泊松效应，通过仿射网络模型全面表征了由纤维非线性力-伸长关系引起的比容显著减小和应变驱动排列现象。
2024-05-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Tensile elasticity of semiflexible polymers with hinge defects
近年来，人们已经清楚地认识到，为了解释在一些重要的生物聚合物中实验观察到的更复杂的行为，需要修改简单的均匀蠕虫状链模型。例如，短ds-DNA的大柔性归因于扭结或铰链缺陷。本文在弱弯曲近似下，解析计算了具有永久铰链缺陷的蠕虫链的力-伸长关系。缺陷的特征在于其弯曲能（在完全柔性的情况下，其可以为零）及其沿着聚合物轮廓的位置。除了链条的弯曲刚度，这些是描述我们模型的唯一参数。我们表明，铰链缺陷导致显着增加的预应力链的微分拉伸柔度。在小的力的限制，铰链缺陷显着增加熵弹性。我们的结果适用于任何一对半柔性段连接的铰链。因此，它们也可能与细胞骨架丝（F-肌动蛋白，微管）有关，其中可以将连接两条丝的交联视为铰链缺陷。
2017-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Adsorption of Externally Stretched Two-Dimensional Flexible and Semi-flexible Polymers near an Attractive Wall
我们研究分析模型的二维，部分定向，柔性或半柔性的聚合物，附着到一个有吸引力的墙，这是垂直于首选的方向。此外，聚合物通过外部施加的力拉伸。我们发现，墙壁上的聚合物有一个显着的效果。对于小于非顺序最近邻吸引力的壁吸引力，在壁处的单体分数为零，模型与没有壁的聚合物的模型相同。然而，对于大于，在壁处的单体的分数经历从在低温和小力下的1到在较高温度和力下的0的一级转变。我们提出了这种转变的相图。蒙特卡罗模拟证实了我们的结果。
2009-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stretching dynamics of semiflexible polymers
我们分析了单一的不可伸展的半柔性生物聚合物的非平衡动力学拉伸力施加在两端。基于不同的（矛盾的）启发式参数，已经提出了各种缩放法的骨干张力的传播速度，这是在响应拉伸诱导。在这里，我们采用一个新开发的统一理论，系统地充实，限制和扩展这些方法。介绍了实际相关的情况下，一些预拉伸力$f_\text{pre}$，突然暴露于不同的外力$f_\text{ext}$在两端的链平衡，我们给出了一个简洁的物理解释的基础松弛过程的直观的斑点图片。我们讨论了相应的中间渐近性，实验相关的可观的结果，并支持我们的结论的粗粒度的运动方程的数值解的张力。
2007-09-17 cond-mat.soft q-bio.BM
Elastic behavior of a semiflexible polymer in 3D subject to compression and stretching forces
我们阐明了蠕虫状链在三维压缩下的弹性行为，并提供精确的解决方案，实验上可访问的力-延伸关系的广义球波函数。与经典的欧拉屈曲不稳定性形成鲜明对比的是，夹持半柔性聚合物的力-延伸关系表现出从几乎拉伸到屈曲构型的平滑过渡。特别是，相关联的敏感性，它测量的聚合物的响应所施加的力的强度，显示在附近的临界欧拉屈曲力的一个突出的峰值。对于增加的持久性长度，力-延伸关系和半柔性聚合物的敏感性接近经典杆的行为，而热波动允许更灵活的聚合物抵抗所施加的力。此外，我们发现，半柔性聚合物局限于2D可以反对所施加的力比在3D更强烈。
2019-11-08 cond-mat.soft
Field-extension statistics of charged semiflexible polymers stretched with uniform electric fields
本文改进平均场模型，通过将带电半柔性聚合物链细分为片段并施加不可伸长性约束，更准确地预测均匀电场下的场-伸长统计及横向涨落，为测序技术提供理论支持。
2024-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Normal stress anisotropy and marginal stability in athermal elastic networks
半柔性生物聚合物（如胶原蛋白）的水凝胶已被证明在剪切应变下轴向收缩，与大多数弹性材料观察到的轴向扩张相反。最近的工作表明，这种行为可以理解的多孔，双组分的性质和随之而来的时间依赖性的水凝胶的可压缩性。通过扭转流变仪测量的表观法向应力仅反映了轴向分量$σ_{zz}$在长（可压缩）时间尺度上的拉伸贡献，在短（不可压缩）时间跨越到第一法向应力差$N_1 = σ_{xx}-σ_{zz}$。虽然$N_1$的行为对于经历仿射剪切变形的各向同性粘弹性材料是很好理解的，但生物聚合物网络通常是各向异性的并且非仿射地变形。在这里，我们数值研究下产生的剪切亚均衡，无热半柔性聚合物网络的正应力。我们发现，这样的系统表现出强烈的偏差仿射行为，这些异常控制的刚性过渡作为应变的函数。
2018-12-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
How a single stretched polymer responds coherently to a minute oscillation in fluctuating environments: An entropic stochastic resonance
在细胞内，生物聚合物通常位于受限的流体环境中，例如，细胞骨架网络染色质中伸展的DNA。定量地了解它们如何利用其灵活性对微小信号做出最佳响应是至关重要的，通常，微小信号在时间上远离平衡波动。为此，我们分析研究了拉伸单半柔性链在振荡力或电场作用下的粘弹性响应及其随机共振。包括链段之间的流体动力学相互作用，我们评估的聚合物延伸的动力学相干响应的力或场。我们发现，在噪声强度（温度）的响应的功率放大因子可以达到最大的增长，随着链长的增加，指示的熵随机共振（ESR）。特别是对于一个带电链下的电场，我们发现，最大值也发生在一个最佳的链长，ESR的一个新的功能。的流体动力学相互作用被发现，以提高功率放大，代表独特的聚合物协同性的流体背景赋予尽管其过阻尼性质。对于慢振荡力，共振行为由最长波长的链波动解释。这种新的ESR现象表明生物聚合物如何在过阻尼环境中自组织，利用其灵活性和热波动。
2012-08-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bimodal probability density characterizes the elastic behavior of a semiflexible polymer in 2D under compression
我们探讨了压缩下的蠕虫状链的弹性行为的相关概率密度的精确解。引人注目的是，沿施加的力投影的端到端距离的概率密度在弹性杆的临界欧拉屈曲力附近呈现双峰形状，这让人想起有限系统的模糊不连续相变。这两个模式反映了几乎拉伸和S形的结构的夹紧聚合物诱导的压缩。此外，我们发现了一个双峰形状的概率密度的横向波动的悬臂式聚合物的自由端的指纹，其半柔性。与固定聚合物相反，自由聚合物显示出圆对称的概率密度，并且它们的分布对于压缩力和拉伸力是相同的。
2019-11-08 cond-mat.soft
Tension dynamics and viscoelasticity of extensible wormlike chains
预应力半柔性生物聚合物的动态响应的特征在于张力的传播和松弛，这是由于刚性骨架的近不可伸展性而产生的。它与储存在热起伏中的轮廓长度的动力学相耦合，而且与拉伸应变的局部松弛相耦合。我们提出了一个系统的理论，但可扩展的蠕虫状链的张力动力学。我们的研究结果表明，即使是适度的预应力引起不同的罗斯一样的延伸率签名的高频粘弹性响应。
2009-07-09 cond-mat.soft
Scattering function of semiflexible polymer chains under good solvent conditions
利用截断-富集Rosenbluth蒙特卡罗算法，在考虑拉伸力的影响下，在$d=2$和$d=3$维上计算了半柔性大分子稀溶液在良溶剂条件下的散射函数.使用自避免行走的$N = 25600$步骤上的正方形和简单立方晶格，可变链刚度建模通过引入能量罚$ε_b$链弯曲;改变$q_b=\exp (- ε_b/k_BT)$从$q_b=1$（完全柔性链）到$q_b = 0.005$，持久长度可以变化超过两个数量级。对于未拉伸的半柔性链，我们测试的Kratky-Porod蠕虫状链模型描述的散射函数的适用性，并讨论方法提取持久性长度估计散射。虽然在$d=2$中，从棒状链到自避免行走的直接交叉使Kratky-Porod描述无效，但如果Kuhn段$n_K$的数量不超过极限值$n^*_K$（取决于持久长度），则在$d=3$中对于刚性链成立。对于拉伸链，Pincus斑点大小作为进一步的特征长度尺度输入。如果使用实际观察到的链延伸$<X>$（在力的方向上的端到端距离）以及相应的纵向和横向线性尺寸$<X^2> - <X>^2$、$<R_{g,\bot}^2>$，则通过修改的德拜函数很好地描述了散射的各向异性。
2012-08-17 cond-mat.soft
A theory to describe emergent properties of composite F-actin and vimentin networks
合成的生物聚合物凝胶作为生物材料来模拟许多生物支架结构，这可以有助于更好地理解细胞骨架样结构构建块和软纳米技术，需要极大的兴趣。特别是半柔性的F-肌动蛋白和波形蛋白中间丝（IF）形成复杂的网络，是细胞刚度的关键调节因子。虽然F-肌动蛋白网络或IF的机制已经被表征，但这两个网络之间的相互作用在很大程度上是未知的。使用大变形流变学的实验研究表明，F-肌动蛋白和IF的共聚可以产生比纯F-肌动蛋白网络更强或更弱的复合网络。我们从理论上验证这些影响发展成一个模型的框架内的非线性连续介质力学，在其中，我们定义了一个自由能泛函考虑的作用的熵弹性的半柔性网络与瞬态交联，也是一个充满活力的术语来描述的相互作用参数，允许两个网络之间的耦合。我们通过Jensen等人对不同浓度肌动蛋白和波形蛋白的大变形流变学实验进行的测量来验证理论模型
2018-11-14 cond-mat.soft
The elasticity of semiflexible polymers with reversible spontaneous curvature in two dimensions
Kyungpook National University（庆北国立大学）
本文构建二维两态修正蠕虫状链模型，研究具有可逆自发曲率的半柔性聚合物弹性，发现拉伸或弯曲会诱导弹性转变，两种系综弹性响应存在差异，弯曲态刚度更高时拉伸或出现重入转变。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Universal monomer dynamics of a two dimensional semi-flexible chain
我们提出了一个统一的标度理论的动力学的单体稀溶液的半柔性聚合物在良好的溶剂条件下的自由排水限制。我们的理论包含了众所周知的刚性链均方位移（MSD）区域，由于弯曲运动，刚性链随时间的增长类似于t^{3/4}，以及类Rouse区域t^{2 ν/（1+ 2ν）}，其中ν是描述膨胀柔性线圈半径R的Flory指数。我们确定了这些定律的前因子如何与持续长度l_p成比例，并表明从刚性到柔性行为的交叉发生在l^2_p阶的MSD处（时间与l^3_p成比例）。当MSD为R^2阶时，会发生第二次交叉（到扩散运动）。大规模的分子动力学模拟的珠弹簧模型与键弯曲的潜力（允许变化l_p从1到200 Lennard-Jones单位）提供了令人信服的证据，在D=2维，其中ν=3/4。我们的研究结果应该是有价值的了解DNA（和其他半柔性生物聚合物）吸附在基板上的动力学。
2013-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
