Driven translocation of a polymer: role of pore friction and crowding
通过考虑单体-孔摩擦以及在膜的{ \it反式}侧上单体的“拥挤”来研究大分子通过纳米孔的力驱动的移位，所述单体的“拥挤”抵消了作用于孔中的驱动力。推导并数值求解了易位动力学的控制微分代数方程组。对该溶液的分析表明，单体在反式侧的拥挤几乎不影响动力学，但单体-孔摩擦可以大大减缓移位过程。此外，移位指数$α$的移位时间对链长的标度律，$τ\propto N^α$，变得更小时，单体孔摩擦系数增加。这对于相对较强的力是最明显的。我们的研究结果可以解释各种各样的$α$值，发现在实验和计算机模拟。
2014-10-03 cond-mat.soft
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
Translocation of short and long polymers through an interacting pore
我们进行二维朗之万动力学模拟电场驱动的聚合物易位通过一个有吸引力的纳米孔。我们调查的吸引力区域的位置，使用不同的孔图案的效果。发现这对作为链长的函数的易位时间和对聚合物进入频率都有影响。我们定性地比较我们的结果与现有的实验数据。
2013-02-12 cond-mat.soft
Polymer translocation under time-dependent driving forces: resonant activation induced by attractive polymer-pore interactions
我们使用$N$ -粒子Langevin动力学模拟研究了聚合物在随时间变化的驱动力下的驱动易位。我们认为，无论是正弦振荡的时间或二分噪声与指数相关时间，模仿合理的实验设置和自然发生的生物条件。此外，我们认为这两种情况下，纯粹的排斥性聚合物-孔相互作用和额外的有吸引力的聚合物-孔相互作用的情况下，通常发生在生物孔内。我们发现，相互作用的性质从根本上影响易位动力学。对于非吸引性孔，随着驱动力频率的降低，易位时间跨越到快速易位状态。在吸引孔的情况下，由于孔内诱导的自由能阱，移位时间可以在力的最佳频率下最小，即所谓的共振激活。在后一种情况下，我们研究了各种物理参数对共振激活的影响，并使用简单的理论论据解释了我们的观察结果。
2012-12-09 cond-mat.soft
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
Scaling exponents of Forced Polymer Translocation through a nano-pore
我们研究了移位均聚物通过一个薄的孔驱动的外部领域内存在的孔只使用Langevin动力学（LD）模拟在三维（3D）的几个标度特性。特别是最近的几个理论和数值研究，显然是相互矛盾的动机，我们确定的平均易位时间，质心的平均速度，$<v_{CM}>$，易位过程中的有效回转半径的标度指数的链长依赖性，以及作为移位时间的函数的移位坐标的标度指数（$s$ -坐标）。我们进一步讨论的可能性，在驱动易位的情况下，有限的孔径和它的几何形状可能是负责的veclocity标度指数小于统一和讨论的范围内的$N$这里研究的孔的几何形状上的标度指数的依赖关系。
2008-11-10 cond-mat.soft
Polymer Translocation througha Pore in a Membrane
我们建立了一个新的统计物理模型，聚合物通过膜中的孔易位作为跨越自由能垒的扩散过程处理。我们确定的易位时间在链的灵活性产生的熵垒，以及在跨膜化学电势差和布朗棘轮的驱动机制，如条款。事实证明，虽然化学电势差由于聚合物的长链性质而引起对易位的显著影响，但棘轮抑制了这种影响和链柔性。
1998-02-10 cond-mat.soft
Theory of pore-driven and end-pulled polymer translocation dynamics through a nanopore: An overview
本文综述了基于等通量张力传播（IFTP）理论的聚合物在纳米孔中迁移动力学理论的最新进展。本文利用IFTP理论和广泛的分子动力学（MD）模拟方法研究了柔性和半柔性聚合物的孔驱动易位以及柔性链的端拉情形。IFTP理论的有效性可以通过单体的等待时间分布来量化，这些分布揭示了易位过程的动力学细节。IFTP理论允许的易位过程的参数自由的描述，并可以用来获得精确的分析缩放形式在适当的限制，包括由于孔隙摩擦的影响，出现作为一个有限大小的修正渐近缩放。我们表明，在孔驱动的半柔性和端拉的聚合物链的IFTP理论的情况下，必须增加一个明确的{ \it反}侧摩擦长期的易位过程的定量描述。
2018-10-15 cond-mat.soft
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
Translocation frequency of double-stranded DNA through a solid-state nanopore
固态纳米孔是单分子传感器，当带电聚合物（如DNA）通过时，其测量离子电流的变化。在这里，我们提出了全面的实验上的长度，电压和盐的依赖性的双链DNA易位的频率通过圆锥形的石英纳米孔与平均开口直径为15 nm。我们观察到一个熵垒有限的，长度依赖的易位频率在4M氯化锂盐浓度和漂移为主，长度无关的易位频率在1M氯化钾盐浓度。这些观测结果描述了一个统一的对流扩散方程，其中包括一个熵的聚合物进入障碍的贡献。
2016-01-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Controlling Polymer Capture and Translocation by Electrostatic Polymer-Pore Interactions
聚合物易位实验通常涉及阴离子聚电解质，例如驱动通过带负电荷的纳米孔的DNA分子。因此，聚合物捕获到纳米孔然后易位的定量建模需要考虑由电荷相似的聚合物-孔相互作用产生的静电势垒。为此，在这项工作中，我们耦合平均场水平的电流体动力学方程与Smoluchowski形式主义的静电势垒，电泳漂移，和电渗透液体流动之间的相互作用的特征。特别是，我们发现，由于不同的离子密度制度的盐屏蔽的漂移和屏障效应发生，存在一个特征盐浓度最大限度地提高屏障限制的聚合物捕获到孔的概率。我们还表明，在障碍占主导地位的制度，聚合物的易位时间与膜电荷呈指数增长，并与孔半径和盐浓度呈指数衰减快。这些结果表明，这些参数在势垒驱动制度的改变可以是一种有效的方式来控制的易位过程的持续时间，并促进更准确的测量的离子电流信号在孔。
2017-05-11 cond-mat.soft
Translocation through conical pores: A direction-dependent process
生物分子跨细胞膜的运输是一种重要的现象，在生物细胞的功能中起着关键作用。在本文中，我们调查这样的过程中，通过一个锥形通道，从较宽的开口到锥形通道的窄端的聚合物的易位建模。我们用分子动力学方法来研究这个问题。不同的锥形孔几何形状和聚合物长度对易位动力学的影响由总易位时间$τ$和等待时间分布$w(s)$的行为确定。通过研究聚合物链段的速度分布（$v_{s}$）来跟踪聚合物链段从锥形通道的窄端的逃逸。为了证明非对称孔对易位动力学的影响，我们比较了从锥形通道的两端的易位过程。我们发现这两个过程中的易位动力学的显着差异，这是与实验研究一致。我们已经考虑了各种刚性的影响，并增加聚合物链的长度，对这两种类型的过程。该研究可用于发现通过不对称通道从定向依赖向定向非依赖的转运过程的转变。
2022-10-30 cond-mat.soft
Translocation of links through a pore: effects of link complexity and size
我们已经使用朗之万动力学模拟被迫易位的连接聚合物环通过一个狭窄的孔。对于固定大小（即固定数目的单体），易位时间取决于连接类型和环是否打结。对于具有两个未打结环的连接，环之间的交叉可以减慢易位，并且在交叉穿过孔时造成延迟。结果落在一组相对平滑的曲线上，不同的链接家庭的易位时间并不总是增加的交叉数在同一家庭。当一个环打结时，结果取决于连接是素的还是复合的，对于复合的情况，它们取决于打结的环还是未打结的环首先进入孔隙。我们发现一个类似的情况下，3-组件的链接，其结果取决于是否链接是总理或复合。这些结果有助于我们理解细丝之间的纠缠复杂性如何影响它们的易位动力学，并且应该有助于扩展纳米孔传感技术来探测这些系统的拓扑性质。
2020-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
DNA translocation through nanopores with salt gradients: The role of osmotic flow
双链DNA在纳米孔中转位的最新实验[M. Wanunu \textit{et al.} Nature Nanotech. { \bf 5}，160（2010）]揭示了DNA捕获速率可受到跨孔的盐梯度的显著影响。我们表明，渗透流与电泳效应相结合可以定量解释捕获率对盐梯度依赖性的实验数据。
2011-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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 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
Stochastic sensing of polynucleotides using patterned nanopores
利用Langevin动力学模拟研究了孔的微观结构对聚合物迁移的影响，并考察了在孔内引入图案化粘性的后果。据发现，易位过程是非常敏感的详细结构，这样的模式与易位时间的粘性的孔隙比指数依赖。移位过程的随机性导致具有不同序列的聚合物如何穿过特定图案的孔之间存在明显差异。这个概念是用来提出一个随机传感协议的多核苷酸，它表明，该方法，这将是显着快于现有的方法，可以任意强大。
2012-01-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
On the distribution of DNA translocation times in solid-state nanopores: an analysis using Schrodinger's first-passage-time theory
本文对最近提出的一维线性DNA易位有偏扩散模型的解[1]作了修正，并对[1]中的数据作了新的分析。我们最近指出[2]，这个一维线性易位模型等价于Schrodinger [3]所考虑的电子电荷的Enrenhaft-Millikan测量[4，5]。这里我们将薛定谔的首次通过时间分布公式应用于[1]中的数据集。研究发现，薛定谔公式可以用来描述固态纳米孔中DNA移位的时间分布。这些拟合产生两个有用的参数：DNA移位的漂移速度和纳米孔内DNA的扩散常数。结果表明，两种制度的DNA易位：（I）在低电压下，有明显的偏离Smoluchowski的线性电泳定律[6]，我们归因于熵势垒效应;（II）在高电压下，易位速度是一个线性函数的施加电场。在区域II中，表观扩散常数表现出对所施加的电场的二次依赖性，表明可能由于纳米孔通道中的电渗流场而引起的泰勒分散效应的机制。该分析产生了纳米孔内DNA片段的无分散扩散常数值，其与斯托克斯-爱因斯坦理论定量一致。讨论了薛定谔公式在DNA测序中的应用。
2013-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
End-pulled polymer translocation through a many-body flexible pore
本文研究了均聚物在柔性孔道中的迁移特性。通道被建模为一个单层管由单体组成的两个弹性参数：弹簧状的两体相互作用和弯曲的三体召回的相互作用。为了保证系统的稳定性，膜由具有疏水体（内部）的脂质双层结构复合，而孔在两个边缘是亲水的。通过悬臂将聚合物从顺式侧端拉到反式侧，悬臂通过能够测量在移位期间作用在聚合物上的力的弹簧连接到悬臂。所有的结构都对聚合物单体的冲击作出反应，并通过其组成主体的运动产生振动。在这些条件下，由悬臂所做的工作表现出与弹性常数的非单调行为，揭示了在参数区域的共振行为。此外，力谱登记为时间的函数，能够记录孔内的聚合物进展的主要动力学。
2022-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
How capture affects polymer translocation in a solitary nanopore
具有高保真度的DNA捕获是纳米孔移位的重要部分。我们报告了几个重要方面的捕获过程和随后的易位的模型DNA聚合物通过固态纳米孔中存在的扩展电场使用布朗动力学模拟，使我们能够记录统计的构象在每个阶段的易位过程。通过从不同的等电位释放平衡的DNA，我们观察到捕获时间分布依赖于初始起始点，并遵循泊松过程。场梯度在其朝向纳米孔的途中延长DNA，并且即使在多次失败的穿线尝试之后也有利于成功的移位。即使在极其狭窄的孔的限制下，完全柔性的链也具有有限的发夹环捕获概率，而对于较硬的链，该概率降低并促进单列移位。我们的计算机模拟研究识别并区分了由于单个文件移位引起的平均首次通过时间的特征分布和由于不同类型的折叠移位引起的平均首次通过时间的特征分布，并为解释实验观察到的折叠提供了直接证据[M. Gershow等人，国家纳米技术2，775（2007）和M. Mihovilovic等人，Phys. Rev. Linguistics. 110，028102（2013）]中的纳米孔中。最后，我们展示了一个新的发现，在DNA的$5^{\prime}$末端连接的带电标签提高了多次扫描速率以及单向易位（$5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$）的概率，这将有利于基因组条形码化和测序实验。
2022-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Adsorption assisted translocation of a chain molecule through a pore in a spherical vesicle
我们分析的自由能易位的聚合物从外部的球形囊泡的内部。该过程被认为是驱动的聚合物的内表面上的囊泡的吸附。我们认为，在聚合物被吸附在外表面上的情况下，易位的熵势垒是不存在的。我们分析了吸附能，并找到该过程的自由能分布。我们认为，该运动对应于一个聚合物穿越一个区域，每段自由能的变化。基于我们先前对此类问题中扭结行为的分析，我们得出结论，易位可以发生在交叉时间$t_{cross}\sim N$内。
1999-08-28 cond-mat.soft
Polymer Translocation Through a Long Nanopore
从理论上研究了聚合物通过膜中纳米孔的迁移。最近关于电压驱动的DNA和RNA通过纳米孔的易位的实验表明，孔的尺寸和几何形状是聚合物动力学中的重要因素。提出了一种理论方法，明确考虑到纳米孔的长度和直径的影响，聚合物运动穿过膜。结果表明，孔的长度是至关重要的聚合物易位动力学。本模型预测，对于现实条件（长纳米孔和大的外部场），有两个制度的易位取决于聚合物的大小：对于大于孔长度的聚合物链，易位的速度几乎是恒定的，而对于小于孔长度的聚合物链的速度随着聚合物尺寸的减小而增加。这些结果与实验数据相符。
2002-09-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cis-Trans Dynamical Asymmetry in Driven Polymer Translocation
在由例如跨纳米孔的电压降驱动的聚合物移位期间，顺式侧中的片段被不断地拉入孔中，然后被推出孔进入反式侧。这种拉动和推动聚合物链段在连续水平上通过已知的非线性传输过程分别描述为快速和缓慢扩散。通过匹配的解决方案，双方通过质量守恒的孔，我们提供了一个物理基础的顺式和反式动力学的不对称性，在最近的数值模拟中反复报道的功能。然后，我们预测如何动态分配的总驱动力之间的顺式（拉）和反式（推）侧，表明反侧事件增加了有限的链长效应的动态缩放，这可能会成为实质性的弱力和/或高孔隙摩擦的情况下。
2013-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Fast DNA translocation through a solid-state nanopore
我们报告易位实验双链DNA通过氧化硅纳米孔。含有DNA片段的样品具有7个不同的长度之间的2000至96000碱基对已通过一个10 nm的孔被驱动。我们发现一个幂律缩放的易位时间与长度，指数为1.26 $\pm$ 0.07。该行为与用蛋白质孔进行的类似实验中观察到的线性行为在性质上不同。我们解决了所观察到的非线性缩放的理论模型，描述了实验中的孔外的聚合物的部分上的流体动力学阻力是抵消驱动的主导力量。我们表明，这是在我们的实验中的情况下，并推导出幂律标度与指数为1.18，与我们的数据非常吻合。
2004-04-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Single Stranded DNA Translocation Through a Fluctuating Nanopore
研究了单链DNA（ssDNA）在两种构象之间波动的孔道中的易位，采用耦合主方程（ME）。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数（PDF），根据系统参数显示三峰、双峰或单峰行为。推导出了易位过程的平均首次通过时间（MFPT）的解析表达式，并提供了易位过程的广泛表征。
2005-01-15 cond-mat.soft q-bio.SC
Driven Polymer Translocation Through a Narrow Pore
在实验中，一个多核苷酸被驱动通过蛋白质孔的电场的动机，我们研究了通过一个狭窄的通道，它可能有强相互作用的聚合物螺纹的扩散运动。我们发现，有一个范围内的聚合物的长度，在该系统中是近似conventionally不变的，我们开发了一个粗粒度的描述这个政权。从该描述中，可以推导出聚合物通过孔的时间分布的一般特征。我们还介绍了一个更微观的模型。这个模型提供了一个物理上合理的方案，在实验中，聚合物的速度敏感地取决于它的化学成分，甚至取决于它在通道中的方向。最后，我们指出聚合物通过孔隙的时间的实验分布比简单估计的预期要广泛得多，并推测原因可能是这样。
1999-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Sequence dependence of DNA translocation through a nanopore
我们调查的DNA易位通过纳米孔使用二维Langevin动力学模拟的动力学，侧重于易位动力学的依赖于DNA序列的细节。在这项工作中研究的DNA分子是建立从两种类型的碱基$A$和$C$，这已被证明有不同的相互作用与孔。我们研究了具有不同$n$值的重复块$A_nC_n$的DNA，发现易位时间强烈地依赖于{ \em块长度} $2n$以及{ \em取向}哪个碱基首先进入孔。因此，我们证明了通过纳米孔测量DNA的移位动力学可以产生关于其结构的详细信息。我们还发现，嵌段序列的周期性包含在单个核苷酸在孔内的停留时间的周期性中。
2007-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Promoting single-file DNA translocations through nanopores using electroosmotic flow
双链DNA在沿着其长度的某处被捕获时，以线性、单列方式或以折叠的发夹构象移位通过足够大的纳米孔。我们表明，DNA的折叠状态可以通过改变测量缓冲液的电解质浓度，pH值和PEG含量来控制。在1 M LiCl或0.35 M KCl中性pH下，单列易位占总数的90%以上。我们属性的影响，从孔在低离子强度的电渗流的发病。我们的假设的关键作用的流量是支持的首选方向进入的一条链已被折叠成一个多螺旋结构的一端。对DNA折叠的控制对于纳米孔传感方法是至关重要的，该方法使用沿着DNA链的修饰和相关的次级电流降来编码信息。
2018-03-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Detection of polystyrene sphere translocations using resizable elastomeric nanopores
可调整大小的弹性体纳米孔已被用于测量由直径为200 nm和800 nm的羧化聚苯乙烯球引起的离子电流脉冲。纳米孔代表了一种新技术，其能够通过弹性体膜的宏观致动来实现孔的纳米级膨胀。采用三种不同的孔，具有可变的施加应变、跨膜电位、颗粒浓度和球半径。描述电流脉冲幅度的理论已扩展到锥形孔几何形状。介绍了一种接近噪声阈值的数据解释的一致方法，并使用实验数据比较了几种有效的、非破坏性的孔隙尺寸计算方法。最有效的模型强调的绝对脉冲大小，这主要是由开口半径在最西端的部分大致圆锥形的孔，而不是沿整个孔长度的配置文件。实验中进行的制度，其中电渗和电泳运输是显着的。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.ins-det
Direct measurements reveal non-Markovian fluctuations of DNA threading through a solid-state nanopore
聚合物链穿过小孔是聚合物动力学中的经典问题，并且是纳米孔传感技术的基础。然而，在固态纳米孔中的聚合物运动的重要实验方面，例如在移位期间的速度变化的准确测量，仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们分析了易位通过锥形石英纳米孔的7 kbp的DNA双链标记的六个标记物沿其轮廓等距。这些标记，构建从DNA发夹，提供直接的实验访问的易位动力学。平均而言，我们测量到在移位期间速度降低5%。我们还发现了一个惊人的相关性的衰减常数为100 μs的速度波动。这些结果揭示了迄今尚未解决的问题，在动力学的DNA易位，并提供指导实验，试图确定沿DNA链的位置信息。
2016-07-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Polymer translocation through nano-pores in vibrating thin membranes
聚合物移位是下一代DNA测序技术的一个有前途的策略。然而，生物和合成纳米孔的使用仍然存在严重的缺点。特别是，膜层的宽度可以同时容纳几个碱基，使得精确测序应用变得困难。最近，石墨烯膜的使用为新的测序能力铺平了道路，其中包括测量横向电流的可能性。这些新的膜的厚度减少提出了新的问题上的变形性和振动的膜的易位过程中，这两个功能没有考虑到在完善的理论框架的影响。在这里，我们朝着这个方向迈出了第一步。我们报告的数值模拟工作的模型系统足够简单，允许收集显着的洞察力，这些功能的平均易位时间的影响，具有适当的统计意义。我们已经发现，热波动和纳米孔的变形性能之间的相互作用在确定过程中起着至关重要的作用。最后，我们讨论了进一步工作的新方向。
2016-12-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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
Steric modulation of ionic currents in DNA translocation through nanopores
伴随DNA移位的离子电流强烈地依赖于电解质溶液的摩尔浓度以及纳米孔的形状和表面电荷。通过泊松-能斯特-普朗克方程，它示出了如何电导调制的DNA入侵者的存在下，作为竞争的静电和约束因素的结果。的理论结果定量再现的实验结果，并总结在电导图，允许区分区域的降低的电导率从区域的增强的电导率作为摩尔浓度和孔尺寸的函数。
2015-07-15 cond-mat.soft
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
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
Unzipping of knotted DNA via nanopore translocation
本研究通过分子动力学模拟探讨打结DNA在纳米孔解链中的行为，发现高作用力下打结会因拓扑摩擦和链间纠缠导致解链变慢且不均匀，揭示了DNA拓扑与解链间复杂的相互作用。
2024-07-16 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
Theory of DNA translocation through narrow ion channels and nanopores with charged walls
研究了单链DNA通过带正电荷壁的基因工程$α$ -溶血素通道的易位。据预测，这种通道的转运特性与中性野生型$α$ -溶血素通道有显著不同。我们假设壁电荷补偿了驻留在通道中的DNA片段的裸电荷$q_{b}$的部分$x$。我们的预测如下：（i）在低浓度的盐，阻断离子电流与$x$减少。(ii)DNA片段的有效电荷$q$在$x = 0$（中性通道）处非常小，其与$x$一起生长，在$x=1$处达到$q_{b}$。(iii)通道捕获DNA的速率随$x$呈指数增长。我们的理论也适用于双链DNA在具有带正电荷的壁的狭窄固态纳米孔中的移位。
2008-06-20 cond-mat.soft q-bio.SC
Enhanced polymer capture speed and extended translocation time in pressure-solvation traps
基于纳米孔的生物测序技术的效率需要通过带相同电荷的孔快速捕获阴离子聚合物，然后是延长的易位过程。我们表明，这个条件可以通过设置一个压力溶剂化陷阱。多价阳离子添加到KCl溶液中触发了电荷相同的聚合物-孔吸引力。吸引力加速了压力驱动的聚合物捕获，但也将分子捕获在孔出口处，减少了聚合物捕获时间并将聚合物逃逸时间延长了几个数量级。通过与易位实验的直接比较[D. P. Hoogerheide等人，ACS Nano 8，7384（2014）]，我们还表征了聚合物在压力-电压阱中传输的电流体动力学。我们推导出标度律，可以准确地再现实验测得的聚合物易位速度和时间的压力依赖性。我们还发现，在聚合物捕获过程中，易位分子上的静电势垒减慢了液体流动。该预测确定了流动电流测量作为探测静电聚合物-孔相互作用的潜在方式。
2018-05-30 cond-mat.soft
Deconvoluting chain heterogeneities from driven translocation through a nano-pore
本文研究了二维可压缩半柔性链的移位动力学，该链由大小分别为$m$和$n$的刚性链段（$S$）和柔性链段（$F$）交替组成，链长分别为不同的$N$.模型中的自由参数是控制三体相互作用项的弯曲刚度$κ_b$、连续单体之间的FENE（键）势中的弹性常数$k_F$、以及链段长度$m$和$n$和重复单元$p$（$N=m_pn_p$）和溶剂粘度$γ$。我们表明，由于熵势垒的变化和链骨干上的非均匀粘性阻力的各种情况是可能的充分体现在等待时间分布的易位链。这些信息可以被解卷积以提取各种长度尺度下的链的机械性质，因此可以用于基于纳米孔的方法来探测生物分子，例如DNA、RNA和蛋白质。
2015-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamics of DNA translocation through an attractive nanopore
我们调查的动力学DNA易位通过纳米孔驱动的外力使用Langevin动力学模拟在两个维度（2D）研究如何易位动力学依赖于DNA序列的细节。我们考虑由两个碱基$A$和$C$构建的DNA的粗粒度模型，其具有不同的碱基-孔相互作用，{ \textit例如}，孔与孔内的基底$A$（$C$）之间的强（弱）吸引力。通过对含有重复单元$A_mC_n$的异源DNA的一系列研究，我们发现易位时间随碱基$C$的体积分数$f_C$呈指数下降。%（$ε_{pC} < ε_{pA}$）。对于具有$f_C \le 0.5$的较长$A$序列，易位时间强烈地取决于DNA的取向，即哪个碱基首先进入孔。我们的研究清楚地表明，对于具有重复单元$A_mC_n$的一定长度$N$的DNA，由单个碱基的等待时间和它们的周期性所表现出的模式可以明确地分别确定$m$、$n$和$N$的值。因此，这一现象的前瞻性实验实现可能会导致快速和有效的序列检测技术。
2008-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rectification of polymer translocation through nanopores by chiral and nonchiral active particles
我们使用Langevin动力学模拟研究了在主动噪声和空间排斥的影响下，柔性聚合物链通过膜孔的无偏易位。通过在膜的一侧或两侧引入非手性和手性活性粒子来并入有源噪声。聚合物移位到孔的任一侧中通过由于颗粒活性而产生的有效拉动来辅助，并且通过由于聚合物和活性颗粒之间的空间排斥而产生的有效推动来阻碍。由于这些有效力之间的竞争，我们发现了两个整流态（{ \em cis}-到-{ \em transs}和{ \em transs}-到-{ \em cis}）之间的跃迁。这种转变是通过易位时间的急剧增加来确定的。它取决于系统参数，如粒子活性，面积分数和手性的影响，在这项工作中进行了探讨。
2022-07-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Sequencing of semiflexible polymers of varying bending rigidity using patterned pores
我们研究了易位的半柔性聚合物通过扩展孔与图案的粘性，使用Langevin动力学模拟。我们发现，易位时间动力学上的孔图案化的后果是戏剧性的，强烈依赖于聚合物刚度和孔-聚合物相互作用的相互作用。对于沿其长度具有周期性变化的刚度的非均相聚合物，我们发现序列的嵌段大小和取向的变化导致易位时间分布的大变化。我们展示了如何利用这一事实来制定一个有效的测序策略。该策略涉及具有图案化表面能量学的多个孔，可以高度准确地预测具有不同弯曲刚度的杂聚物序列。
2018-05-01 cond-mat.soft
Translocation of a Single Stranded DNA Through a Conformationally Changing Nanopore
我们调查易位的单链DNA通过一个孔之间波动的两种构象，使用耦合的主方程。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数，显示三重峰、双峰或单峰行为，这取决于构象之间的相互转化率、施加的电场和初始条件。的FPT的累积概率函数，在一个无场的环境中，示出有两个制度，其特征在于快速和缓慢的时间尺度。的平均第一次通过时间的易位过程的解析表达式的推导，并提供，除了相互转化率，广泛的易位过程的表征。实验观察的关系进行了讨论。
2004-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Theoretical modeling of polymer translocation: From the electrohydrodynamics of short polymers to the fluctuating long polymers
驱动聚合物易位通过纳米孔的理论公式是复杂的孔电流体动力学和非平衡聚合物动力学的构象聚合物波动起源的组合。在这篇综述中，我们讨论了建模的聚合物易位在不同的制度，短和长的聚合物，这两种效果解耦。对于短聚合物的情况下，聚合物的波动可以忽略不计，我们提出了一个刚性的聚合物模型，包括详细的电流体动力学力的易位分子。我们首先表明，电流体动力学理论可以准确地描述流体静压的压力-电压驱动的聚合物捕获实验中的聚合物移位速度和时间的依赖性。然后，我们讨论了静电相关机制负责实验观察到的DNA迁移率反转通过添加多价阳离子在固态孔，和聚合物捕获率的快速增长通过添加单价盐在$α$ -溶血素孔。在聚合物波动盛行的长链聚合物的相反制度，我们审查的等通量张力传播（IFTP）理论，可以表征在单段水平的易位动力学。IFTP理论适用于各种聚合物移位和拉动情况。我们讨论了预测的理论完全灵活和棒状孔驱动和端拉易位的情况下，精确的分析结果可以推导出的易位时间与链长和驱动力的缩放。
2018-12-18 cond-mat.soft
Evaluating the Applicability of the Fokker-Planck Equation in Polymer Translocation: A Brownian Dynamics Study
布朗动力学（BD）模拟用于研究粗颗粒聚合物通过圆柱形纳米孔的移位动力学。我们考虑短聚合物的情况，聚合物长度N在N=21-61的范围内。移位速率由纳米孔内单体的可调摩擦系数gamma_{0p}控制。在非受迫移位的情况下，平均移位时间与聚合物长度N成比例为<tau_1>~（N-N_p）^α，其中N_p是纳米孔中单体的平均数量。当孔隙摩擦足够高时，指数接近值α =2，这与孔隙摩擦占主导地位的准静态制度的情况下的预测一致。在强制移位的情况下，对于低gamma_{0p}，聚合物链分别在顺式和反式侧拉伸和压缩。然而，对于足够大的gamma_{0p}，链接近构象准平衡。在此极限下，观察到<tau_1>的驱动力和链长的缩放支持FP预测，其<tau>与足够强的驱动力的N/f_d成比例。蒙特卡罗模拟用于计算系统的易位自由能函数。自由能与Fokker-Planck方程一起用于计算易位时间分布。在足够高的gamma_{0p}，预测的分布是在良好的协议从BD模拟计算。因此，FP方程为这里考虑的聚合物长度范围的足够高的孔摩擦提供了易位动力学的有效描述。增加N将需要孔隙摩擦力的相应增加，以保持FP方法的有效性。在低N和高孔隙摩擦的范围之外，聚合物不平衡，FP方法无效。
2014-03-28 cond-mat.soft
Electrostatics of polymer translocation events in electrolyte solutions
我们开发了一个分析理论，占图像和表面电荷之间的相互作用的带电的介电膜和DNA分子易位通过膜。通过中性碳基膜的易位事件是由排斥DNA-图像-电荷相互作用与膜的反式和顺式侧上的DNA片段之间的吸引耦合之间的竞争驱动的。后者的效果是由介电膜的耦合的减少引起的。在强盐溶液中，排斥的图像电荷效应占主导地位的有吸引力的trans-cis耦合，DNA分子遇到的易位势垒约10 kBT。在稀电解质中，反式-顺式耦合接管图像-电荷力，并且膜变成亚稳态吸引点，其可以在长时间间隔内捕获易位聚合物。该机制可用于易位实验，以便通过调节溶液的盐浓度来控制DNA运动。
2016-03-19 cond-mat.soft
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
Chain deformation helps translocation
研究了单链DNA在到达微孔前的移位过程中的变形。通过在合适的坐标系中求解拉普拉斯方程，并结合适当的边界条件，得到了细孔内外电场的近似解。基于“电流体动力学等效”的分析，我们确定了由于在孔入口附近存在电场梯度而导致带电聚合物延伸的可能性。与多尺度混合模拟（LB-MD），它示出了到达孔之前发生的有效变形，这有利于为最终单体找到入口的过程。我们还强调了远程流体动力学相互作用的作用，通过比较LB-MD结果与使用Langevin恒温器，而不是LB求解器。
2013-01-06 cond-mat.soft q-bio.BM
