Statistical Mechanics of Semiflexible Chains: A Meanfield Variational Approach
我们描述了一个简单的平均场变分方法来研究一些性质的固有刚性链，这是适当的模型为一大类生物聚合物。我们提出的计算端到端的距离分布和刚性链在拉伸下的弹性响应使用这种方法。在前一个例子中，我们发现，简单的表达式几乎定量地符合计算机模拟的结果。对于受拉刚性链的情况，我们用解析方法恢复了所有已知的极限.我们与最近关于DNA拉伸的实验取得了定量一致。我们的方法的局限性进行了讨论。
1997-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exact results for the adsorption of a semiflexible copolymer chain in three dimensions
本文采用定向自回避行走的晶格模型解析求解，研究了半柔性连续共聚物链在垂直于共聚物链三维行走择优方向的二维不可穿透表面上的吸附-脱附相变行为。链的刚度已被占通过引入一个能量势垒的每个弯曲的共聚物链的行走。用生成函数法确定了一类单体与表面相互作用时吸附-脱附转变点的精确值，(i)无相互作用（ii）吸引相互作用和（iii）排斥相互作用。在每种情况下得到的结果表明，刚性共聚物链吸附转变发生在一个较小的值的单体表面吸引力比一个灵活的共聚物链。这些特征类似于半柔性均聚物链的吸附。
2009-11-03 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Role of chain stiffness on the conformation of single polyelectrolytes in salt solutions
采用Langevin动力学模拟方法，在粗粒模型框架下研究了单一聚电解质在四价盐溶液中的构象。由回转半径研究的链尺寸随盐浓度的变化表现出三种不同的行为，取决于链的刚度。根据这些行为，固定链长的聚电解质可分为柔性链、半柔性链和刚性链三类。Odijk-Skolnick-Fixman理论预测的具有持久长度的蠕虫状链模型被发现能够定性地描述低盐浓度下的端到端距离。在低盐区域，柔性的链比半柔性的链更显著地延伸，并且在高盐区域，不管链刚度如何，链达到与其中性聚合物相当的尺寸。链的刚度影响链的局部和全局结构。在盐离子存在下，柔性链表现出聚集的局部结构，并且聚集的结构是无序的、随机的小球。半柔性链是局部光滑的，凝聚结构是有序堆积的，呈发夹或圆环形。此外，链的刚度也可以影响的性质的线圈球转变。半柔性链的相变是以离散的方式发生的，而柔性链的相变是以连续的方式发生的。这种离散性不仅表现在低盐浓度下半柔性链的塌缩，而且表现在高盐浓度下塌缩链的再膨胀。最后以状态图的形式总结了链刚度和盐浓度对单一聚电解质构象的影响。
2007-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Mechanics of Semiflexible Bundles of Wormlike Polymer Chains
我们证明了一个半柔性束的蠕虫状链表现出状态依赖的弯曲刚度，从根本上改变其缩放行为相对于标准的蠕虫状链。我们探讨了蠕虫状束在隔离，交联网络，和在溶液中的平衡构象和力学行为。
2007-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Low energy states of a semiflexible polymer chain with attraction and the whip-toroid transitions
本文在文献[cond-mat/0507477]的基础上，利用路径积分方法和O（3）非线性西格玛模型，在局部不可扩展性约束下，建立了半柔性均聚物链鞭环相变的一般模型.我们精确地求解了经典解的能级，并证明了它的一些经典构型具有环面形式，并且该体系具有从鞭状态到环面态的相变，其构象参数为$c=\frac{W}{2 l} (\frac{L}{2π})^2$ .我们还讨论了超环面态的稳定性，并提出了低能有效格林函数。最后，与有限尺寸效应的环形状态，预测的环形性质成功地进行了比较，DNA凝聚的实验结果。
2006-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Thermal Fracture Kinetics of Heterogeneous Semiflexible Polymers
聚合物链的断裂和切断在纤维材料的失效和细胞内细丝的调节周转中起着关键作用。使用连续蠕虫状链模型，我们调查断裂的半柔性聚合物通过热弯曲波动，专注于长丝的灵活性和动力学的作用。我们的研究结果突出了一个以前不受重视的后果，在长丝中的机械不均匀性，这提高了热碎裂的速度，特别是在限制阻碍链端的运动的情况下。虽然一般适用于半柔性链与不同的弯曲刚度的区域，该模型的动机是由一个特定的生物物理系统：增强切断肌动蛋白丝之间的边界硬裸露的区域和机械软化的区域，与cofilin调节蛋白包被。这里提出的结果指出了一个潜在的机制，在一般情况下，特别是通过引入局部软化链区域，如发生与cofilin绑定的细丝网络和细胞骨架肌动蛋白网络的解体。
2019-08-12 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Statistical Mechanics of Semiflexible Polymer Chains from a new Generating Function
本文对半柔性聚合物的Kratky-Porod模型提出了一种新的研究方法。我们的解决方案的模型是基于我们用来研究半柔性聚合物链的统计力学的生成函数的定义。具体而言，我们推导出的特征函数，聚合物传播和均方端到端距离的生成函数的数学表达式。这些表达式对于具有任意数目链段和刚性程度的聚合物都是有效的。此外，它们准确地捕捉了完全柔性和刚性聚合物的极限。在这两者之间，预测平滑和近似的交叉行为。本文最重要的贡献是以一种非常简单和有见地的方式写出了聚合物传播子的表达式。它是根据随机飞行模型的精确聚合物传播因子乘以考虑聚合物主链刚度的指数给出的。
2003-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linear Viscoelasticity of Semiflexible Polymers with Hydrodynamic Interactions
IITB-Monash Research Academy, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校 IITB-莫纳什研究院）；Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校化学工程系）；Department of Chemical and Biological Engineering, Monash University（莫纳什大学化学与生物工程系）
研究半刚性聚合物在流体动力学相互作用下的线性粘弹性行为，揭示其在不同时间尺度下的松弛特性及实验数据一致性。
2025-11-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of chain stiffness on ion distributions around a polyelectrolyte in multivalent salt solutions
用Langevin动力学方法研究了离子在稀溶液中的分布。我们发现，分布依赖于链的构象，而构象是由链的刚度和盐浓度。我们观察到，原来凝聚在一个链上的单价抗衡离子可以被取代的多价的解离从所添加的盐，由于强大的静电相互作用。这些新凝聚的离子对链结构产生重要影响。在低盐浓度和高盐浓度下，半柔性链的构象是棒状的。离子分布与刚性链的离子分布相似，而与具有螺旋构象的柔性链的离子分布不同。在中盐区，柔性链和半柔性链塌缩，但塌缩的链结构分别是无序和有序结构。因此，离子分布显示出不同的配置文件，这三个链刚度与半柔性链之间的柔性和刚性链的曲线。凝聚的多价抗衡离子的数量，以及有效的链电荷，也表现出类似的行为，表现出与链形态的直接联系。此外，我们发现，凝聚的多价抗衡离子形成三重态与两个相邻的单体和本地化的链轴在中间盐浓度时，链刚度是半柔性或刚性。在这里获得的微观信息提供了宝贵的洞察力的DNA凝聚的现象，是非常有用的研究人员开发新的模型。
2009-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity of cross-linked semiflexible biopolymers under tension
针对交联生物高分子的力学性质，建立并分析了两条弱弯曲蠕虫状链在张力作用下的力学模型，链间键（交联键）以谐波弹簧表示.在此模型中，我们精确地计算了力-伸长曲线和微分刚度，并讨论了几种极限情况。交叉链接通过减少横向于力和对齐方向的热波动来有效地使链对弯曲。由于交叉连接而产生的额外对齐随着交叉连接的数量和强度的增加而增加，并且对于小的力f最为突出。对于大的f，额外的，交联诱导的延伸是次显性的，除了连接的链刚性和连续沿其轮廓的情况下。在这个组合的限制，我们恢复渐近的弹性弱弯曲蠕虫状链没有约束，加强了四个因素。对于少量或大量的交叉连接，差分刚度的增加可以高达100%。
2013-05-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Viscoelasticity of Dilute Solutions of Semiflexible Polymers
我们使用布朗动力学模拟和理论的剪切松弛模量G（t）的相对刚性的半柔性聚合物的稀溶液的定性不同，从刚性杆。对于短于其持久长度的链，G（t）表现出三种时间区域：在非常早的时间，当纵向变形是仿射的，G（t）\sim t^{-3/4}。在一个宽的中间区域，在此期间链长松弛，G（t）\sim t^{-5/4}。在长时间内，$G（t）模拟刚性杆的情况。作为具有频率依赖性弹性模量B（ω）\sim（i ω）^{3/4}的有效可伸展杆的聚合物模型定量地描述了贯穿前两个区域的G（t）。
2000-12-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of folding in Semiflexible filaments
我们研究了一个单一的半柔性灯丝的动力学，在压缩力的作用下，使用数值模拟和缩放参数。力沿着端到端矢量施加在细丝的一端，而另一端保持固定。我们发现，与弹性棒不同，细丝不对称折叠，折叠长度仅取决于弯曲刚度和施加的力。结果表明，这种行为可以归因于指数下降的张力分布在长丝。虽然折叠时间取决于初始配置，在后期，移动的距离的终端点的细丝和折叠的长度显示幂律依赖于时间的指数1/2。
2002-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Depinning of semiflexible polymers in (1+1) dimensions
我们提出了一个简单的模型的锚定半柔性聚合物从一个固定的平面基板（1+1）维的脱钉的理论分析。我们考虑一个聚合物的钉扎位点沿其轮廓的离散序列。利用构象分布函数在刚性极限下的标度性质，应用准一维体系相变的项链模型，得到了一个由持续长度、钉扎间距、表征键的微观有效长度和键能组成的熔化判据.这种方法和其他类似的方法的局限性也进行了讨论。在力诱导解绑的情况下，它表明，弯曲刚度有利于通过“单臂效应”的解绑。
2002-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Viscosity of flexible and semiflexible ring melts -- molecular origins and flow-induced segregation
该研究通过数值模拟对比了柔性与半柔性环状熔体与线性链系统的粘度分子起源，发现环刚度增加导致缠结簇形成并在剪切下解体，引发剪切变稀与非牛顿行为，且流动会使柔性/半柔性环共混物分离，可用于微流控分离。
2023-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Writhing Geometry at Finite Temperature: Random Walks and Geometric phases for Stiff Polymers
研究了有限温度下半柔性聚合物的几何结构。可以根据球面上高斯随机游动的性质来计算蠕动。我们计算了静态和动态的蠕动关联函数。聚合物的蠕动类似于光学和波动力学中研究的几何相或贝里相。我们的结果可以应用于共聚焦显微镜研究的刚性细丝和模拟短的DNA环
2000-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linear response of a grafted semiflexible polymer to a uniform force field
我们使用蠕虫状链模型来解析计算接枝半柔性聚合物对均匀力场的线性响应。结果是弯曲刚度、温度、总轮廓长度和相对于接枝端的场的取向的函数。我们还研究了正、负电荷周期交替排列的蠕虫链的线性响应。这可以被认为是一个模型的聚两性电解质与固有的弯曲刚度和可忽略的分子内相互作用。我们展示了有限的固有持续长度如何影响对外场的线性响应。
2004-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Entropic forces generated by grafted semiflexible polymers
用解析法和蒙特卡罗模拟计算了接枝半柔性聚合物在刚性光滑壁面上的布朗涨落所产生的熵力。这种力被认为对几种细胞现象起着重要作用，特别是肌动蛋白聚合驱动的细胞运动和李斯特菌等细菌的运动的物理学。在刚性极限下，当聚合物的持续长度大于其轮廓长度时，我们发现熵力表现出标度行为。我们确定的特征长度尺度和明确的形式的标度函数。在某些渐近制度，我们给出简单的解析表达式，描述了一个非常高的数值精度的全部结果。取决于对细丝的横向波动施加的约束，熵力的函数形式存在特征差异;在二维几何形状中，熵力表现出明显的峰值。
2006-03-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical mechanics of semiflexible ribbon polymers
用解析法和模拟法研究了由两条半柔性链组成的带状聚合物的统计力学。系统被发现有一个交叉过渡，在某些有限的温度下，从一种类型的短程秩序的一个根本不同的排序的短程秩序。在高温区，两点关联函数的对象是相同的蠕虫状链，而在低温区，它们是不同的，由于扭曲结构。交叉发生时，个别股的持久性长度变得与丝带的厚度相当。在低温制度，观察到的带状物具有一种新的“扭结杆”的结构，与相互排斥的扭曲和弯曲的光滑蠕虫状链行为相反。这是由于其各向异性刚度，并对应于{ \it infinitely}强扭转-弯曲耦合。双链聚合物也研究了在受限的几何形状。它示出，当聚合物被限制在一个特定的方向上的尺寸小于裸露的持久性长度的个别股，它开发的锯齿形构象所示的振荡切线-切线关联函数在限制的方向。增加限制板的分离导致到自由行为的交叉，这发生在接近裸持久长度的分离处。预期这些结果与涉及两种或更多种刚性或半柔性聚合物的络合的实验相关。
2000-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Buckling, Fluctuations and Collapse in Semiflexible Polyelectrolytes
我们提出了一个系统的统计力学分析的构象性质的刚性链与链内的吸引力，是由于反相关性。我们表明，平均场解对应于一个欧拉样屈曲不稳定性。的构象波动上的屈曲不稳定性的影响进行了调查，首先，定性地，在谐波（"半经典“）理论，然后，系统地，在1/d-扩展，其中d表示嵌入空间的维数。在“半经典”近似下，我们预测波动的影响是将有效持续长度重新归一化为较小的值，但不改变平均场的性质（即，屈曲）行为。然而，基于1/d膨胀，我们得出结论，热波动是导致屈曲行为转变为聚合物坍塌的原因。构建的相图中，一系列的崩溃过渡终止于屈曲不稳定性，发生在一个地方，随着裸的持久性长度的聚合物链的大小，以及与吸引力的潜力的强度和范围而变化。
1999-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tension-induced binding of semiflexible biopolymers
我们从理论上研究了聚合物张力对可逆结合交联的集体行为的影响。为了这个目的，我们采用了两个弱弯曲蠕虫状链平行排列的张力，与一系列的链间结合位点的轮廓定期间隔的模型。可逆的交联连接在由化学势控制的亲和力的位点处附着和分离。在平均场方法中，我们计算了系统的自由能，并发现了一个自由能垒的出现，它控制着可逆的（非）约束。张力影响链的构象熵，其与交联的结合能竞争。这种竞争引起的结合位点的分数突然增加的张力增加。我们表明，这种转变是有关的交叉之间的弱和强本地化的定向聚合物在钉扎电位。到强结合状态的交叉可以被解释为交联聚合物的力硬化的机制-超过单个蠕虫状链的弹性。
2014-10-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Phase Transitions of Single Semi-stiff Polymer Chains
我们数值研究了具有最近邻吸引和能量偏好的半柔性均聚物的晶格模型。为此，我们使用一种新的算法，“修剪-丰富Rosenbluth方法”（PERM）。这是非常有效的相对开放的配置在高温和紧凑和冻结在低T状态。这使我们能够详细地研究作为nn-吸引力和刚度x的函数的相图。它显示了一个θ-塌缩线，从开放的线圈过渡到熔融的紧凑的小球（大）和一个冻结过渡到一个状态与取向的全球秩序（大刚度x）。定性地说，这类似于最近研究的平均场论（Doniach等（1996），J. Chem. Phys. 105，1601），但有重要的区别。与平均场论相反，θ-温度随刚度x增加。冻结温度增加得更快，并在x的有限值处达到θ线。对于更硬的链，冻结转变直接发生而不形成中间球状态。虽然与平均场理论相反，但后者已经由Doniach等人基于低统计量的蒙特卡罗模拟进行了验证。最后，我们讨论了本模型作为一个非常粗糙的蛋白质折叠模型的相关性。
1997-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological comparison of flexible and semiflexible chains in polymer melts with $θ$-chains
本文通过蒙特卡洛和分子动力学模拟证明聚合物熔体中的链与θ链在结构和拓扑上一致，其纽结概率和尺寸均偏离理想链，且差异源于小纽结抑制，说明熔体链可由对应θ链近似再现。
2024-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Bending elasticity of macromolecules: analytic predictions from the wormlike chain model
我们提出了一个研究的弯曲角分布的半柔性聚合物的短和中间长度内的蠕虫链模型。这使我们能够计算刚性分子对弯矩的弹性响应。我们的研究结果超越了胡克制度，探索一个单一的分子的非线性弹性行为。我们提出的弯曲角分布和力矩角关系的解析公式。我们的分析研究与数值蒙特卡罗模拟进行了比较。这里导出的功能形式可以应用于肌动蛋白和DNA的荧光显微镜研究。我们的研究结果是相关的“扭结”和环化的短和中等长度的DNA链的最新研究。
2013-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical properties of Nucleic Acids and the non-local Twistable Wormlike Chain model
核酸的机械性质在许多生物过程中起着重要作用，这些生物过程通常涉及这些分子的物理变形。在足够长的长度尺度上（比如说在$\sim 20-30$碱基对以上），DNA和RNA双螺旋的力学是由均匀的可扭转蠕虫状链（TWLC）描述的，TWLC是一种以扭转和弯曲刚度为特征的半柔性聚合物模型。在较短的尺度下，该模型由于两个原因而崩溃：弹性特性变得依赖于序列，并且远端部位的机械变形变得耦合。在本文中，我们讨论了后者的效果使用的框架内的非本地TwistableWormlike链（nlTWLC）的起源。我们表明，通过比较DNA和RNA双螺旋的全原子模拟数据，在这两个分子的非本地耦合是非常相似的性质：远端站点之间的耦合是强倾斜和扭曲自由度和弱滚动。我们介绍并分析了一个简单的双链聚合物模型，阐明了这种普遍的远端耦合行为的起源。在这个模型中，被称为阶梯模型，nlTWLC描述出现从本地（原子）的自由度成角度变量，描述的扭曲和弯曲的分子的粗化。与其局部对应物不同，nlTWLC的特征在于长度尺度依赖的弹性。我们的分析预测，核酸在几个碱基对的尺度上是机械上较软的，并且在较长的长度尺度上是渐进地较硬的，这一行为与实验数据相匹配。
2022-08-11 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
