Like-charge polymer-membrane complexation mediated by multivalent cations: one-loop-dressed strong coupling theory
我们探测静电机制驱动的聚电解质吸附到带相同电荷的膜后，加入三价和四价的抗衡离子的洗澡单价盐溶液。我们发展了一个单圈强耦合理论，将一价盐在静电单圈水平和多价抗衡离子在一个强耦合的方法。结果表明，介导同电荷吸附的多价反离子的粘附力来自它们在带电膜上的强烈凝聚。由此产生的界面抗衡过剩局部地最大化电解质的屏蔽能力，并最小化静电聚合物巨势。这转化为吸引力，将聚合物拉向类似电荷的膜。我们表明，高的反价，使这种吸附过渡，即使在弱电荷的膜。此外，强带电的膜引起盐诱导的相关性，并加强界面多价反离子缩合，加强聚合物与带相同电荷的膜的络合作用，以及触发分子的取向转变之前，其吸附。最后，我们的理论提供了两个额外的关键功能，如以前的吸附实验所证明的：第一，聚合物吸附的临界counterweight浓度随counterweight价的上升而下降，第二，单价盐的加入增强了膜电荷的筛选，抑制了盐的相关性。这削弱了界面多价反离子的凝聚，并导致聚合物从基底上脱附。
2019-05-10 cond-mat.soft
The renormalized Jellium model of colloidal suspensions with multivalent counterions
提出了一种扩展的重正化Jeldinger模型，它允许研究含有三价抗衡离子的胶体悬浮液。该理论是基于一个修改后的泊松-玻尔兹曼方程，它采用了一个新的边界条件附近的胶体表面的相关性的影响。使用修改的重整化Jellium模型可以轻松计算重整化电荷、反离子密度分布和渗透压。结果进行了比较，使用传统的Wigner-Seitz（WS）细胞近似也与一个新的边界条件。我们发现，虽然在重整化的Jelvis模型中得到的热力学函数与WS对应物是一个很好的协议，有效的电荷预测的两个理论可以显着不同。
2010-11-11 cond-mat.soft
Interactions between Charged Particles with bathing Multivalent Counterions: Experiments {\it vs} Dressed Ion Theory
我们比较最近的实验测量带电胶体粒子之间的力，以及它们的有效表面电位（表面电荷）在存在多价抗衡离子在洗澡的单价盐溶液中，与强带电胶体系统的缀饰离子理论的预测。比较的基准是由DLVO理论提供的，并且在小的分离处与其预测的偏差被认为是可以由额外的唯象指数项拟合的额外的非DLVO吸引力的指示。表征该非DLVO指数项的参数以及由修饰离子理论预测的有效势对反离子浓度和价态的依赖性都在实验值范围内。这表明与DLVO理论的偏差可能是由修饰离子理论中形式化的离子相关性引起的。
2017-03-29 cond-mat.soft
Negative electrostatic contribution to the bending rigidity of charged membranes and polyelectrolytes screened by multivalent counterions
已知被单价抗衡离子屏蔽的带电膜或带电膜的弯曲刚度通过静电效应而增强。我们表明，在屏蔽的情况下，由多价抗衡离子的静电效应降低的弯曲刚度。这种反转的静电贡献的符号是与形成的二维强相关液体（SCL）的抗衡离子在带电的表面，由于它们之间的强大的横向排斥。当膜或膜片弯曲时，SCL在一侧被压缩而在另一侧被拉伸，使得SCL的热力学性质有助于弯曲刚度。SCL的热力学性质与Wigner晶体相似，但SCL的压力、可压缩性和屏蔽半径均为负值。这对弯曲刚度带来了实质性的负校正。就DNA而言，这种效应在性质上与实验一致。
1999-04-23 cond-mat.soft
Screening of a macroion by multivalent ions: Correlation induced inversion of charge
被认为是一个强电荷的大离子的多价抗衡离子的屏蔽。结果表明，抗衡离子在大离子表面形成强关联液体。这种液体的内聚能导致了反离子对表面的额外吸引力，这在泊松-玻尔兹曼方程的常规解中是不存在的。远离表面，这种吸引力可以考虑由一个新的边界条件的浓度的反离子的表面附近。用此边界条件求解了带电平面、圆柱体和球体的Poisson-Boltzmann方程。在所有这三种情况下，筛查都比传统方法强得多。当溶液中多价反离子的浓度达到临界指数级时，它们会完全中和距离表面很小距离处的表面电荷。在更大的浓度下，它们反转净大离子电荷的符号。反转电荷密度的绝对值可达裸电荷密度的20%。特别是，对于一个圆柱形的宏离子，它表明，筛选多价抗衡离子的Onsager-Manning理论的预测是定量不正确的。圆柱体的净电荷密度小于他们的理论预测，并且随着反离子浓度的增加而反转。此外，凝聚失去了普遍性，净电荷线密度依赖于裸电荷线密度。
1999-07-23 cond-mat.soft
Non-monotonic electrophoretic mobility of rod-like polyelectrolytes by multivalent coions in added salt
本研究通过粗粒化分子动力学模拟发现多价同离子可调控类DNA棒状聚电解质的电泳迁移率，揭示其非单调变化规律及低盐增强、高盐逆转等效应，为聚电解质相互作用与自组装调控提供新途径。
2023-06-13 cond-mat.soft
Charge reversal of colloidal particles
本文提出了一个含多价反离子悬浮液中胶粒有效电荷的理论。结果表明，如果胶体具有足够强的电荷，凝聚的多价反离子的数量可以超过裸露的胶体电荷，导致电荷反转。多价反离子悬浮液中的电荷重整化依赖于本体中和胶体表面附近的多价反离子的溶剂化能之间的微妙相互作用。我们发现有效电荷是{ \it not}多价盐浓度的单调递减函数。此外，与以前的理论相反，发现除了在非常低的浓度下，单价盐阻碍电荷反转。这一结论与最近的实验和模拟结果一致。
2005-09-23 cond-mat.soft
Charged surface in salty water with multivalent ions: Giant inversion of charge
被认为是带相反电荷的胶体颗粒，胶束，或短的聚电解质的强电荷的大离子的筛选。由于强的横向排斥，这样的多价抗衡离子在大离子的表面形成强关联液体。该液体提供多价抗衡离子对大离子表面的相关诱导吸引。因此，即使溶液中中等浓度的多价抗衡离子也会使净大离子电荷的符号反转。我们发现，在高浓度的一价盐的反转电荷的绝对值可以大于裸的。这种巨大的电荷反转可以在电泳中观察到。
1999-12-27 cond-mat.soft
Lateral correlation of multivalent counterions is the universal mechanism of charge inversion
本文综述了用多价反离子筛选大离子（如胶体粒子或双螺旋DNA）的工作。多价金属离子、带电胶束、短或长的聚电解质都可以起到多价抗衡离子的作用。由于强烈的库仑排斥，这种多价抗衡离子在大离子表面形成类似于维格纳晶体的强关联液体。即使大离子被这种液体中和，新到达的离子也会在液体中产生相关孔或图像，将离子吸引到表面。结果，吸附的抗衡离子的总电荷可以基本上超过裸大离子电荷，使得大离子净电荷反转其符号。我们讨论了两个先前提出的解释电荷反转，并表明，它们的物理基础是本质上的相关性，使相关性是普遍的力量驱动电荷反转。
2001-03-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theoretical and computational analysis of the electrophoretic polymer mobility inversion induced by charge correlations
电泳（EP）迁移率反转是多价盐溶液中强电荷大分子的常见现象。这种奇怪的效果发生，例如，当带电荷的聚合物如DNA吸附过量的抗衡离子时，抗衡离子修饰的表面电荷反转其符号，导致由外部电场驱动的聚合物漂移反转。为了表征这种看似违反直觉的现象，不能被捕获的静电平均场论，我们在这里适应一个以前开发的强耦合穿着泊松-玻尔兹曼方法的圆柱形几何形状的聚电解质-盐系统。在此框架内的形式主义，我们推导出一个分析的聚合物迁移率公式打扮的电荷相关性。在定性协议与聚合物的传输实验，这个流动性公式预测，一价盐的增量，多价的counterboundarency的减少，和背景溶剂的介电常数的增加，抑制电荷相关性，并增加EP迁移率反转所需的多价体counterboundarency浓度。粗粒度的分子动力学模拟证实了这些结果，显示了多价反离子如何在稀浓度下诱导迁移率反转，并在大浓度下抑制反转效应。这种重入的行为，以前观察到的聚合物溶液中带相同电荷的聚合物的聚集，要求验证聚合物传输实验。
2022-12-05 cond-mat.soft
Interaction regimes for oppositely charged plates with multivalent counterions
在一个平均场处理的两个带相反电荷的板之间的相互作用，在不含盐的溶液中，从吸引到排斥的制度出现的过渡的距离可以计算分析。然而，平均场描述在强库仑耦合下失效，这可以在室温下用多价抗衡离子和高电荷表面实现。利用接触定理和简单的物理参数，我们提出了在短距离的几种情况下的状态方程的显式表达式。Bjerrum对形成的可能性的解决，并显示出具有深远的影响的相互作用。为了完成图片，我们最后考虑的大距离限制，从示意性的相图区分吸引排斥区域可以提出。
2011-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Onset of DNA Aggregation in Presence of Monovalent and Multivalent Counterions
我们从理论上解决了多价多胺，如精胺和亚精胺的DNA片段的聚集。在实验中，聚集发生在多价离子的某一阈值浓度以上。我们证明，这个阈值对DNA浓度的依赖关系有一个简单的形式。当DNA浓度c_DNA小于单价盐浓度时，阈值多价离子浓度线性地依赖于c_DNA，具有α c_DNA + β的形式。系数α和β与孤立的DNA链周围的多价抗衡离子的密度分布有关，在它们聚集的开始。这一分析与最近在精胺存在下对DNA聚集的详细测量非常一致。从实验数据的拟合，每个DNA链的凝聚的多价抗衡离子的数量可以推断。然后可以得出一些其他结论：i）在聚集开始时凝聚的精胺离子的数量随着单价盐的加入而减少; ii）泊松-玻尔兹曼理论高估了在高单价盐浓度下凝聚的多价离子的数量; iii）我们对数据的分析表明，在聚集开始时精胺没有过度补偿DNA电荷。
2003-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Simulations of Polyelectrolyte Adsorption to a Dielectric Like-Charged Surface
我们探索，使用最近发展起来的有效的蒙特卡罗模拟方法，与一个带相同电荷的电介质表面的阴离子的双金属溶液的相互作用。除了聚离子之外，溶液还含有具有单价、二价或三价抗衡离子的盐。在最近的实验观察，我们发现，多价抗衡离子可以导致强吸附的聚离子到表面上。另一方面，添加1：1电解质减少了由多价抗衡离子引起的吸附。在界面处的介电不连续性被发现在聚离子吸附中仅起边缘作用。
2018-01-11 cond-mat.soft
Schwinger-Dyson equations for composite electrolytes governed by mixed electrostatic couplings strengths
静电Schwinger-Dyson方程推导和求解的电解质混合物组成的单和多价离子局限于一个带负电荷的纳米缝。封闭这些方程是基于不对称处理的离子物种相对于其静电耦合强度;弱耦合的单价离子内的高斯近似处理，而高耦合强度的多价抗衡离子与强耦合的方法。由此产生的自洽形式主义明确包括多价抗衡离子与单价盐的相互作用。在高度带电的膜，其特征在于一个明显的多价反吸附，这些相互作用接管盐膜电荷耦合。因此，负膜电荷的增加将更多的盐阴离子带入孔隙中，并将盐阳离子从孔隙排除到储层中。相应的同电荷吸引和相反电荷排斥效应被放大的孔隙限制，但抑制盐添加到水库。该效应在高介电膜中特别显著，其中吸引极化力导致膜壁处的致密多价阳离子层。这些阳离子层充当有效的表面正电荷，即使在中性膜壁的情况下，也会导致完全一价阳离子排斥和强烈的阴离子过量。
2019-11-15 cond-mat.soft
Ionic current inversion in pressure-driven polymer translocation through nanopores
我们预测流动电流反转与多价抗衡离子在流体动力学驱动的聚合物易位事件从相关校正的电荷传输理论，包括平均场静电周围的电荷波动。在多价反离子存在下，静电多体效应导致DNA电荷的反转。阴离子对电荷反转的DNA分子的吸引使通过孔的离子电流的符号反转。我们的理论允许一个全面的理解所产生的流动电流的复杂功能。其潜在机制是一种有效的方法来检测DNA电荷反转的压力驱动易位实验与多价阳离子。
2015-02-01 cond-mat.soft
Reentrant Condensation of DNA induced by Multivalent Counterions
提出了一种多价阳离子N浓度增加时DNA稀溶液的凝聚和再溶解的理论。它是基于多价阳离子屏蔽大离子的新理论，该理论表明，由于DNA表面强的阳离子相关性，DNA的净电荷在阳离子浓度N_0较低时改变符号。在N_0附近，DNA发生凝聚，在那里，DNA净电荷的绝对值是小的，相关诱导的短程吸引力占主导地位的库仑排斥。当N > N_0时，电泳实验中阳性DNA应向相反方向移动。通过与实验值的比较，得到了含$^{4+}$的DNA溶液的凝聚和再溶解阈值N_0 = 3.2mM，每个核苷酸的凝聚能为$0.07 k_B T$。
1999-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio
Weak and Strong Coupling Theories for Polarizable Colloids and Nano-Particles
提出了一种理论，它使我们能够准确地计算在可极化胶体或纳米颗粒悬浮液中的一价和多价反离子的密度分布。在单价离子的情况下，我们推导出一个弱耦合理论，明确占离子图像相互作用，导致修改后的泊松-玻尔兹曼方程。对于悬浮液与多价抗衡离子，一个强耦合理论被用来计算附近的胶体表面和泊松-玻尔兹曼方程的重正化边界条件的密度分布在远场占抗衡分布。所有的结果与蒙特卡罗模拟进行了比较，显示出良好的协议之间的理论和模拟。
2011-09-21 cond-mat.soft
Collapse of Flexible Polyelectrolytes in Multivalent Salt Solutions
本文用两态模型研究了柔性聚电解质在多价反离子溶液中的崩溃。这些状态分别对应于棒状和球状塌缩构象。我们专注于非常稀的单体浓度制度的崩溃过渡时，发现发生的多价盐的电荷是可比的（但更小）的单体。塌陷构象的自由能的主要贡献是线性的单体$N$的数量，因为塌陷聚合物的内部状态接近无定形离子固体。棒状状态的自由能以$N\ln N$的形式增长，这是由于与该形状相关的静电能。我们表明，几乎所有的多价抗衡离子添加到系统中凝聚成的聚合物链，甚至在崩溃之前。
1999-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rodlike counterions at heterogeneously charged surfaces
我们研究了棒状抗衡离子（如移动纳米棒）的空间和取向分布，以及由它们介导的两个平面平行的表面，携带固定（淬灭）异质电荷分布之间的有效相互作用。棒状抗衡离子被假定为具有内部电荷分布，指定的多价单极矩和有限的四极矩，淬火表面电荷被假定为随机分布的两个表面上的平均值和方差相等。虽然在传统的平均场论中，相等电荷的表面被认为是排斥的，但是多价反离子的存在已经被证明会导致均匀电荷表面之间的吸引力相互作用，这是由于强静电耦合的普遍存在，这种静电耦合随着反价迅速增长。我们表明，由于静电相关（由平均表面场和多价，单极，电荷价的反离子之间的耦合所造成的）以及无序诱导的相互作用（由表面无序场和反离子的四极矩之间的耦合所造成的）的综合效应导致更强的吸引力之间的相互作用两个随机带电表面。的相互作用的配置文件原来是一个非单调函数的界面分离，显示在相对较小的分离，其中随后的吸引力可以超过最大的强耦合吸引力（由均匀带电的表面之间的多价单极抗衡离子）超过一个数量级的吸引力最小。
2018-09-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Asymmetric Coulomb fluids at randomly charged dielectric interfaces: Anti-fragility, overcharging and charge inversion
我们研究多价抗衡离子旁边的电介质板的分布，承载淬火，随机分布的电荷在其溶液界面之一，具有给定的平均值和方差，无论是在存在和不存在的洗澡单价盐溶液。我们使用以前推导的方法的基础上，打扮多价离子理论，结合方面的强和弱耦合的多价和单价离子在一个单一的框架。淬灭电荷无序的存在下的电介质板的带电表面上示出，以大大增加在其附近的多价抗衡离子的密度。在反离子模型中（没有单价盐离子），表面无序产生额外的对数吸引势，从而在表面产生代数奇异的反离子密度分布。这种行为在单价盐浴的存在下也持续存在，并导致严重违反接触值定理，反映了无序的反脆弱性效应，使系统趋向更有序的状态。在存在界面介电不连续性的情况下，耗尽表面处的反电荷层，电荷无序仍然在远离表面处产生大大增强的反电荷密度。同样地，当表面携带淬灭的电荷无序时，表面的电荷反转和/或过充电发生得更强烈，并且在多价抗衡离子的体积浓度更小时。总体而言，淬火的表面电荷无序的存在下，导致相当大的影响，在分布的多价抗衡离子在一个广泛的范围内的现实参数，通常在几个纳米的距离从带电表面。
2014-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Screening of a macroion by multivalent ions: A new boundary condition for Poisson-Boltzmann equation and charge inversion
被认为是一个大离子的多价抗衡离子的筛选。结果表明，离子在宏观离子表面形成强关联液体。这种液体的内聚能导致抗衡离子对表面的强烈额外吸引。远离表面，这种吸引力被考虑到一个新的边界条件的泊松-玻尔兹曼方程。对带电平面和长圆柱，用新的边界条件求解了该方程。对于圆柱体，Onsager-Manning理论失去了它的普适性，使得圆柱体的视电荷比他们的理论预测的要小，并且取决于其裸电荷。它也可以消失或改变符号。
1999-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interactions between Silica Particles in the Presence of Multivalent Coions
用基于原子力显微镜的胶体探针技术测量了多价共离子溶液中带电二氧化硅粒子间的作用力。系统地改变1：z电解质的浓度，以了解这些系统中的静电相互作用和双层性质的行为。虽然coions是多价的Derjaguin，Landau，Verwey和Overbeek（DLVO）理论完美地描述了测得的力的分布。利用DLVO理论从力分布中提取扩散层势和调节特性。扩散层电位和调节参数的依赖关系随着共离子价的增加而向较低浓度移动，当绘制为1：z盐浓度的函数时。有趣的是，如果将这些曲线绘制为单价反离子浓度的函数，则这些曲线会塌陷为主曲线。
2017-07-24 cond-mat.soft
Manipulation of confined polyelectrolyte conformations through dielectric mismatch
我们证明了一个高度带电的限制在一个球形腔体中的电介质之间的不匹配的功能的非晶构象到一个四重对称形态之间的可逆转换腔内外。由于介电失配的表面极化表现出额外的“限制”效应，这是最明显的在一定范围内的腔半径和静电强度之间的单体和反离子和多价反离子。对于具有带电表面的腔，表面极化导致在外侧吸附的抗衡离子的量增加，进一步将受限的离子压缩成四重对称形态。链的平衡构象取决于几个关键因素，包括腔内外介质的相对介电常数、多价反离子浓度、相对于链长的腔半径以及界面电荷密度。我们的研究结果提供了深入了解的介电失配的影响，在包装和交付的聚电解质跨媒体具有不同的相对电导率。此外，响应于环境介电常数的可逆的转换的构象允许在生物传感和医疗监测的潜在应用。
2019-07-12 cond-mat.soft
Strong coupling electrostatic theory of polymer counterions close to planar charges
强耦合现象，如带相同电荷的大离子吸引、带相反电荷的大离子排斥、电荷重整化或电荷反转，已知是由多价抗衡离子介导的。大多数理论将抗衡离子视为点电荷，并通过测量库仑相互作用强度的单个耦合参数来描述系统。在许多生物系统中，抗衡离子是高度带电的，并且具有有限的尺寸，并且可以通过聚电解质很好地描述。这些聚合物抗衡离子的形状和取向在这些系统的热力学中起着重要作用。在这项工作中，我们应用场理论描述的强耦合制度的聚电解质。我们计算了棒状聚合物反离子分别被一个和两个带电壁限制的特殊情况。讨论了棒状抗衡离子的几何形状和壁面排斥体积对棒状抗衡离子的密度、压强和自由能的影响。
2015-11-11 cond-mat.soft
Equilibrium Bundle Size of Rodlike Polyelectrolytes with Counterion-Induced Attractive Interactions
多价反离子可以诱导电荷相同的棒状聚电解质之间的有效吸引，导致形成聚电解质束。在本文中，我们使用一个简单的模型，其中的聚电解质（假设是成对添加剂）之间的吸引力被唯象处理的平衡束的大小计算。如果反离子是点状的，它们几乎完全中和了束的电荷，平衡束的大小发散。然而，当抗衡离子较大时，空间和短程静电相互作用阻止束的电荷中和，从而迫使平衡束的尺寸是有限的。我们还考虑了增加束中每个棒的最近邻的数目会使棒之间的吸引力相互作用受挫的可能性。这样的挫折导致有限大小的束的形成，以及，即使当抗衡离子很小。
2004-12-03 cond-mat.soft
Counterions at charge-modulated substrates
我们考虑抗衡离子的存在下，一个单一的平面表面的空间不均匀的电荷分布，使用蒙特卡罗模拟和强耦合理论。对于高表面电荷，多价抗衡离子，或显着的基板电荷调制的抗衡离子是横向相关的表面电荷和它们的密度分布强烈偏离的限制涂抹出基板电荷分布，特别是表现出大大增加的横向平均密度在表面上。
2002-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Forces between Colloidal Particles in Aqueous Solutions Containing Monovalent and Multivalent Ions
本文综述了近年来盐溶液中胶体粒子间直接力测量的研究进展。通过两种不同的技术获得的结果被强调，即原子力显微镜（AFM）和光镊。人们发现，Derjaguin，Landau，Verwey和Overbeek（DLVO）的经典理论代表了即使在多价离子存在下（通常低至几纳米的距离）的力分布的准确描述。然而，相应的Hamaker常数和扩散层的潜力，必须提取的力的配置文件。在低盐浓度下，双电层力保持排斥性，并且可能变得长程。在短距离下，额外的短程非DLVO相互作用可能变得重要。这种相互作用在多价抗衡离子的存在下特别相关。
2016-06-01 cond-mat.soft
Elasticity and mechanical instability of charged lipid bilayers in ionic solutions
我们使用粗粒度的蒙特卡罗模拟来研究一价和五价反离子溶液中带电膜的弹性性质。两种情况下的仿真结果显示出相反的趋势。抗弯刚度和投影面积的增加与膜电荷密度为单价抗衡离子，而五价离子的减少。这些观察结果可能与脂质电荷的计数器筛选有关。而单价抗衡离子仅弱屏蔽库仑相互作用，这意味着排斥库仑系统，多价抗衡离子凝聚在膜上，并通过空间电荷相关性，使有效的相互作用，由于带电的脂质吸引。在一价和多价反溶液中的带电膜的弹性性质的差异反映在导致它们在高电荷密度下的机械不稳定性的机制中。在前一种情况下，膜开发孔，以减轻静电拉伸应力，而在后一种情况下，膜表现出大的波长弯曲不稳定性。
2014-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Kinetics of charge inversion
含有多价抗衡离子的胶体悬浮液和胶体溶液可以表现出一些通常与低温物理学相关的非常违反直觉的行为。有两个特别引人注目的现象是由强静电相关引起的。一个是类电荷吸引，第二个是聚离子过充电。在这篇文章中，我们将集中讨论滥收费用的问题。特别是，我们将探讨动力学限制胶体电荷反转悬浮液中含有多价抗衡离子。
2002-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Competition between condensation of monovalent and multivalent ions in DNA aggregation
我们讨论了高电荷的PE周围的离子的分布时，有一价和多价离子之间的竞争，指出在这种情况下，凝聚离子的数量是敏感的短程相互作用，盐，和模型依赖的近似。这种敏感性的背景下讨论了最近的实验中诱导的多价抗衡离子，如精胺和亚精胺的DNA聚集。
2004-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Electrostatic stability and encapsidation of charged nano-droplets
我们调查的静电稳定性的带电液滴，建模为可渗透的，带电的球体，和他们在薄的，任意带电的纳米壳，沉浸在一个中和不对称的电解质背景的epidsidation。后者由一价（正和负）离子的浴溶液中的小浓度的可移动多价抗衡离子组成。我们使用广泛的蒙特卡罗模拟调查的空间分布的多价抗衡离子和它们的渗透压的球形纳米壳的边界表面上的静电分量。渗透压可以是负的（向内的压力），正的（向外的压力）或零，这取决于系统参数，如液滴的电荷密度，壳的电荷密度，和电解质筛选，从而确定纳米容器的稳定性。多价抗衡离子的反直觉效应包括具有较大电荷密度的带电液滴的增加的稳定性、在具有与带电液滴相同符号的电荷密度的双壳化壳的情况下增加的稳定性、以及完全免除双壳化壳的可能性，其限制效应由多价抗衡离子接管。这些戏剧性的效果是在传统的平均场的图片，这特别意味着，一个更高度带电的球形液滴应该是静电不太稳定，因为它的更大的（排斥）自能形成鲜明对比。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
DNA like$-$charge attraction and overcharging by divalent counterions in the presence of divalent co$-$ions
DNA体系的强关联静电引起了许多研究小组的兴趣，特别是多价抗衡离子对DNA的凝聚和过充电。通过添加不同价态和形状的抗衡离子，可以增强或减少DNA过充电。在本文中，我们专注于多价共离子，特别是二价共离子，如SO $_4^{2-}$的效果。用Monte $-$ Carlo方法在巨正则系综下进行了DNA凝聚的计算实验，实验中DNA体系与含有不同价态共离子的盐的混合溶液处于平衡状态.与纯一价共离子体系相比，二价共离子的影响表现在多个方面。二价共离子导致DNA缩合物中单价盐的增加。由于一价盐主要参与体系中静电相互作用的线性屏蔽，更多的一价盐分子进入凝聚体导致屏蔽出短程DNA $-$ DNA类电荷吸引和较弱的DNA凝聚自由能。在二价共$-$离子的存在下，多价抗衡离子对DNA的过充电也减少。与没有二价共离子的情况相比，DNA和二价共离子之间以及二价共离子本身之间的强排斥导致DNA表面附近的负离子的{ \em耗尽}。在大距离下，DNA与$-$的排斥作用在二价co $-$离子存在下更强，说明二价co $-$离子的作用不仅仅是简单的线性屏蔽作用更强。
2017-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Strong coupling electrostatics for randomly charged surfaces: Antifragility and effective interactions
我们研究了介导的有效相互作用的强耦合库仑流体介导的电介质表面之间进行淬火，随机单极电荷具有相等的平均值和方差，无论是当库仑流体只由移动的多价反离子，当它由一个不对称的离子混合物含有多价和一价（盐）离子平衡与含水散装水库。我们分析的后果，遵循从表面电荷紊乱，介电和盐的图像效果之间的相互作用，和强的静电耦合，结果从多价抗衡离子的分布，这些离子和有效的相互作用压力，他们之间的表面调解。在一个介电均匀的系统中，我们表明，多价抗衡离子被吸引到一个奇异的，无序引起的潜在的表面上的方法，发散的表面，创建一个奇异的抗衡密度分布与代数发散的表面。这种效应驱使系统进入一种较低的热“无序”状态，这种状态可以用重整化温度来描述，因此表现出显着的反脆弱性。作用在表面上的相互作用压力通常显示出高度非单调的行为，作为表面间分离的函数，在小到中等分离处具有突出的吸引力。这种吸引力是直接由电荷无序和多价抗衡离子的强耦合静电的组合效应引起的，即使相对于平均表面电荷具有较小程度的表面电荷无序，这也可以是相当显著的。强耦合，无序诱导的吸引力通常远强于表面之间的范德华相互作用，特别是在几纳米的范围内的表面间分离。
2014-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-monotonic swelling of a macroion due to correlation-induced charge inversion
已知浸入多价抗衡离子溶液中的大的带电体可在抗衡离子吸附到其表面时经历电荷反转。我们使用电荷反转理论来研究的情况下，一个可变形的，多孔的宏离子，它可以吸附到它的散装多价离子，形成一个三维强相关液体。当多价离子加入溶液中时，这种吸附可能导致大离子尺寸的非单调变化。当大离子的裸电荷被屏蔽时，大离子首先收缩，然后当吸附的离子反转净电荷的符号时，大离子重新膨胀。我们推导出一个值的外向压力所经历的这样一个macroion作为在溶液中的离子浓度的函数。我们发现，对于多价离子的浓度远离中性点（身体的净电荷为零）的小偏差，膨胀的大小与多价离子浓度的对数的比率在中性点的浓度呈抛物线增长。
2009-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interplay of pH and Binding of Multivalent Metal Ions: Charge Inversion and Reentrant Condensation in Protein Solutions
蛋白质表面电荷的调节是生物系统中的基本机制。蛋白质电荷在生理环境中通过pH和与抗衡离子的相互作用来调节。我们报告的电荷反转和相关的重入凝聚在溶液中的球状蛋白质与不同的多价金属阳离子。特别是，我们专注于相行为和电荷调节的变化，由于金属离子水解引起的pH值的影响。对于几种蛋白质和金属盐，通过电泳光散射测量的电荷反转被发现是一种普遍现象，其程度取决于特定的蛋白质-盐组合。与中性盐如YCl 3或LaCl 3相比，酸性盐如AlCl 3和FeCl 3的重入相图显示出窄得多的相分离区域。酸性盐和中性盐之间的差异可以通过pH效应和多价抗衡离子的结合的相互作用来解释。实验结果再现与良好的协议由蛋白质充电的分析模型，考虑到离子凝聚，金属离子水解和相互作用与带电的氨基酸侧链的蛋白质表面上。最后，电荷反转和重入缩合的关系进行了讨论，这表明pH值的变化与多价阳离子的组合提供了控制蛋白质之间的吸引力和排斥力的相互作用。
2013-04-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Polyelectrolyte Persistence Length: Attractive Effect of Counterion Correlations and Fluctuations
从理论上研究了单强荷刚性双链的持续长度。采用路径积分公式计算了单体间的有效静电相互作用。我们发现显着偏离经典的Odijk，Skolnick和Fixman（OSF）的结果。单体之间的诱导吸引力是由于热波动和结合的反离子之间的相关性。静电持久长度被发现是小于OSF值，并表示可能的机械不稳定性（崩溃）的高电荷的聚电解质与多价抗衡离子。此外，我们还计算了微弯电子束上凝聚态反离子的数量。发现更多的抗衡离子被吸附相比，曼宁冷凝的圆柱。
2002-10-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bending rigidity of stiff polyelectrolyte chains: Single chain and a bundle of multichains
我们研究了高电荷刚性聚电解质的弯曲刚度，为一个单一的链和许多链形成一个束。一个理论的发展，占竞争性结合的抗衡离子和电荷之间的相互作用，软化聚乙烯（PE）链。即使是一个小浓度的多价抗衡离子的存在下，导致显着减少的弯曲刚度的链，名义上是由它们的骨干电荷之间的排斥硬化。作为$f_{0}$（链上带电单体的分数）的函数的弯曲刚度的变化不表现出简单的标度行为;它随着$f_{0}$的增加而增长，低于$f_{0}$的临界值。然而，超过临界值，链随着$f_{0}$的增加而变得更软。弯曲刚度也表现出有趣的依赖于多价抗衡$n_{2}$的浓度;对于高电荷的PE，弯曲刚度随着$n_2$从零开始增加而降低，而随着$n_{2}$的增加而增加，超过$n_{2}$的一定值。当主链形成$N$ -环缩合物（例如，由链的$N$匝（缠绕）形成的环形束），环间耦合进一步软化凝聚物，导致凝聚物的弯曲自由能，其对于大的$N$按$N$缩放。
2003-12-12 cond-mat.soft
Inhibition of DNA ejection from bacteriophage by Mg+2 counterions
研究了多价反离子，特别是Mg $^{+2}$反离子抑制病毒DNA从噬菌体中排出的问题。在实验上，已知MgSO $_4$盐对排出的DNA的量具有强的和非单调的影响。存在一个最佳浓度，在该浓度下，从病毒中排出的DNA量最少。在更低或更高的浓度下，更多的DNA从衣壳中排出。我们认为这种现象是Mg $^{+2}$多价反离子对DNA过充电的结果。随着Mg $^{+2}$浓度从零增加，DNA的净电荷从负变为正。最佳抑制对应于DNA为中性的Mg $^{+2}$浓度。在较低/较高浓度下，DNA基因组带电。它更喜欢在溶液中以降低其静电自能，从而导致DNA喷射的增加。通过将我们的理论与现有的实验数据拟合，发现由Mg $^{+2}$介导的DNA $-$ DNA短程吸引能的强度为$-$ 0.004 $k_BT$/核苷酸碱基。这个和其他拟合参数与其他实验和计算机模拟的已知值吻合得很好。这些参数也在aggreement定性值为三价和四价抗衡离子。
2010-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Accelerated Collapse Kinetics of Charged Polymers in Good Solvent: Role of Counterion Condensation
该研究通过粗粒化分子动力学模拟揭示良溶剂中反离子凝聚驱动带电聚合物加速坍缩的机制，发现其动态标度指数小于中性聚合物，反离子价态等因素影响坍缩效率，为理解生物分子动力学提供新视角。
2025-04-17 cond-mat.soft
Counterion-Mediated Weak and Strong Coupling Electrostatic Interaction between Like-Charged Cylindrical Dielectrics
我们研究了有效的反离子介导的静电相互作用之间的两个带相同电荷的电介质圆柱体浸没在一个连续的电介质中含有中和移动反离子。我们专注于由于圆柱形核与周围电介质之间的介电失配而引起的图像电荷的影响，并在弱静电耦合和强静电耦合的两个极限（对应于，例如，分别涉及具有单价和多价抗衡离子的体系）。与广泛的蒙特卡罗模拟表现出良好的一致性与限制弱耦合和强耦合的结果，在各自的制度的有效性的结果进行了比较。
2010-03-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Spherical Colloids: Effect of Discrete Macroion Charge Distribution and Counterion Valence
本文报道了球形胶体原始模型中宏观离子电荷离散化和反价的耦合效应。而不是考虑一个均匀带电的表面，因为它是传统上做的，我们考虑一个更现实的情况下，\textit{discrete monovalent microscopic charges}随机分布在球体。单价或多价抗衡离子确保整体电中性。我们使用分子动力学模拟来研究这些效应在基态和有限的温度。基态分析涉及到共轭结构和\textit{charge inversion}。结果进行了讨论，在简单的分析模型。对于有限温度，强和弱库仑耦合处理。在这种有限温度的情况下，我们考虑并讨论了离子配对（钉扎）和非配对（解钉扎）现象。
2002-04-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrophoresis of a charge inverted macroion complex: Molecular dynamics study
我们用分子动力学模拟研究了外加电场对多价Z：1盐溶液中大离子的影响。为了获得合理的流体力学的介质，我们明确地使许多中性粒子与离子的模拟。在弱电场中，大离子与强吸附的多价反离子一起沿着电场在证明电荷符号反转的方向上漂移。大离子的反向迁移率对外场不敏感，随盐离子强度的增加而增加。反向迁移率在中间反价时达到最大值。大离子络合物的运动不会引起中性溶剂远离大离子的任何流动，这揭示了电解质溶液中短距离处的流体动力学相互作用的筛选。一个非常大的电场，相当于大离子未屏蔽场，通过剥离大离子上吸附的抗衡离子来破坏电荷反转。
2002-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Simple Model for Attraction between Like-Charged Polyions
我们提出了一个简单的模型的外观之间的吸引力的可能机制，像带电的聚离子内的一个无水溶液。发现这种吸引是短程的，并且只存在于多价反离子的存在下。吸引力是由每个聚离子周围的反离子凝聚层中的相关性产生的，并且只有当凝聚的反离子的数量超过阈值$ n > Z/2 α$时才会出现，其中$α$是反离子的价态，$Z$是聚离子的电荷。
1999-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Attractive Interactions Between Rod-like Polyelectrolytes: Polarization, Crystallization, and Packing
我们研究了溶液中多价反离子存在下棒状带电聚合物之间的吸引相互作用。凝聚到棒的抗衡离子表现出强烈的横向极化和纵向结晶排列。在短距离杆之间，凝聚的抗衡离子的分数增加，其中大部分占据杆之间的区域，在那里它们通过将自己排列成堆积结构来最小化它们的排斥相互作用。吸引力的相互作用是最强的多价抗衡离子。我们的模型考虑了凝聚态反离子的硬核体积和它们在棒周围的角分布。硬核约束强烈抑制纵向电荷波动。
1999-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Adsorption of mono- and multivalent cat- and anions on DNA molecules
用计算机模拟研究了盐溶液中一价和多价阴离子在脱氧核糖核酸（DNA）分子上的吸附。离子被建模为带电的硬球，DNA分子作为点电荷模式的双螺旋磷酸盐链。DNA分子的几何形状在不同的水平上建模，从简单的圆柱形到结构化模型，包括磷酸盐链之间的主要和次要凹槽。计算了吸附在磷酸盐链上的离子的密度，在主要的和次要的凹槽。首先，我们发现，DNA表面上的吸附模式强烈依赖于其几何形状：抗衡离子吸附优先沿磷酸链的圆柱形模型的形状，但在小沟的几何结构模型。第二，我们发现，除了单价盐离子的结果在小沟中的电荷密度的增加，而吸附在大沟中的离子的总电荷密度保持不变。吸附的离子密度沿小沟高度结构化，而它们几乎是沿大沟涂抹。此外，对于固定量的添加的盐，大沟阳离子电荷与共价无关。为了增加盐浓度，大沟被中和，而吸附在小沟中的总电荷是恒定的。检测到多价盐的DNA过充电。模拟较大的离子半径，模仿离子水合作用的效果，表明增加的阳离子在主要沟的吸附。
2003-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Effective macroion charge and stability of highly asymmetric electrolytes at various salt conditions
我们研究了高度不对称电解质不稳定的静电机制。为此，我们进行原始模型蒙特卡罗模拟的带电大离子浸没在多价盐溶液。在低盐浓度下，由于多价反离子吸附，大离子有效电荷减少。在高盐浓度下，大离子变得过充电，使得它们的表观电荷具有与化学计量电荷相反的符号。随着盐度的进一步增加，反向电荷逐渐增长到饱和值。该系统在低盐浓度和极高盐浓度下保持稳定。在中间区域，接近宏离子等电点，我们观察到宏离子聚集。所得到的相行为非常类似于聚电解质引起的胶体分散体的不稳定性。
2003-04-25 cond-mat.soft
Electrophoresis of a rod macroion under polyelectrolyte salt: Is mobility reversed for DNA?
利用分子动力学模拟，研究了棒状大离子在反离子存在下的电荷反转现象。我们模拟了大离子在外加电场下的电泳。当反离子和共离子都是聚电解质时，如果反离子的线电荷密度大于共离子的线电荷密度，则发生电荷反转。对于表面电荷密度等于DNA的大离子，反向迁移率是通过多价反离子的吸附或静电学和其他机制的组合（包括短程吸引电势或反离子围绕棒轴的机械缠绕）来实现的。
2004-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interaction of Proteins with Polyelectrolytes: A Comparison between Theory and Experiment
我们讨论了最近的调查与蛋白质的聚电解质的相互作用。特别是，我们回顾了我们最近的研究，简单的蛋白质，如人血清白蛋白（HSA）或溶菌酶与线性聚电解质，带电树枝状聚合物，带电网络，刷的相互作用。在这里讨论的所有情况下，我们结合实验工作与分子动力学（MD）模拟和平均场论。特别是，等温滴定量热法（ITC）已被用来获得各自的结合常数Kb和结合的吉布斯自由能。MD-模拟明确的抗衡离子，但隐含的水表明，抗衡离子的释放是主要的驱动力，为蛋白质的结合带强电荷的聚电解质：补丁的正电荷位于表面的蛋白质成为一个多价的抗衡离子的抗衡离子，从而释放出大量的抗衡离子上凝聚的。由于反离子释放的结合吉布斯自由能的预测标度与系统中的盐浓度的对数，这是通过模拟和实验验证。在几种情况下，即蛋白质与线性聚电解质和高度带电的亲水性树枝状聚合物的相互作用，结合常数可以从模拟计算在非常好的近似。这一发现表明，在这些情况下，明确的水化效应不有助于结合的吉布斯自由能。吉布斯自由能也可以用于预测蛋白质吸收的动力学微凝胶对于一个给定的系统，通过应用动态密度泛函理论。
2018-10-08 cond-mat.soft
Ion correlation driven like-charge attraction in multivalent salt solutions
本文运用修正高斯重整化涨落理论，自洽研究多价盐溶液中离子关联驱动的同号电荷吸引，揭示其与电荷过充无因果关系，并阐明吸引随盐浓度非单调变化及高盐下重入稳定性的成因。
2024-02-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Attraction of like-charged macroions in the strong-coupling limit
在多价反离子存在下或在低温下，由于强静电相关性，带相同电荷的大离子相互吸引。我们使用最近引入的强耦合理论研究了i）两个带相同电荷的棒和ii）两个带相同电荷的球之间的有效静电相互作用，该理论在大耦合参数的限制下（即大反价，低温或大离子上的高表面电荷密度）变得渐近精确。由于我们处理曲面，引入了一个额外的参数，称为曼宁参数，它测量大离子的曲率半径与Gouy-Chapman长度之间的比率，并控制直接影响有效相互作用的反离子凝聚过程。对于足够大的曼宁参数（弱弯曲的表面），我们发现一个强大的长程吸引力之间的两个大离子，形成一个紧密堆积的束缚态与小的表面到表面的分离的顺序的counterweight直径与最近的模拟。另一方面，对于小的曼宁参数（高度弯曲的表面），随着限制体积增加到无穷大，平衡分离增加，并且大离子彼此解除束缚。这是通过一个连续的通用的unbinding过渡为两个带电棒在阈值曼宁参数为2/3，而过渡是不连续的领域，因为在中间距离的一个显着的势垒。
2005-04-18 cond-mat.soft
Orientationally ordered aggregates of stiff polyelectrolytes in the presence of multivalent salt
用分子动力学模拟研究了三价盐存在下刚性聚电解质在溶液中的聚集行为以及两个带相同电荷的杆之间的平均力势随角度和距离的变化.在体相溶液中，在一定的盐浓度范围内观察到与肌动蛋白丝的筏状结构相似的长寿命亚稳态结构的形成。系统最终进入自由能较低的状态，在该状态下形成有限大小的平行聚电解质束。研究了不同间距和盐浓度下两个带相同电荷的棒之间的优选角度和相互作用类型，这对取向有序结构的形成有一定的启示。
2009-03-25 cond-mat.soft
Aggregation kinetics of stiff polyelectrolytes in the presence of multivalent salt
利用分子动力学模拟，研究了刚性聚电解质如肌动蛋白在多价盐溶液中成束动力学。聚集的主导动力学模式被发现是由于静电相互作用的情况下，一个杆的一端满足其他人在直角。束形成的动力学途径涉及一个层次结构的小集群形成最初，然后进入更大的集群，这是让人想起的胶体絮凝动力学。对于前几个集群的大小，Smoluchowski公式的集群大小的时间演化给出了一个合理的帐户，我们的模拟结果，没有一个单一的拟合参数。使用Smoluchowski公式的描述提供了证据的聚集时间尺度由扩散控制，没有明显的能量障碍，以克服。
2007-09-04 cond-mat.soft
The many origins of charge inversion in electrolyte solutions: effects of discrete interfacial charges
我们表明，电荷反转，即界面电荷吸引反离子超过自己的名义电荷，是一个普遍的效果，发生在大多数带电系统旁边的水溶液与多价离子，并确定三个不同的静电起源这种效果1）反离子-反离子的相关性，2）反离子和界面电荷之间的相关性和3）络合。我们简要地描述了前两个制度，并提供了一个详细的表征，从联合原子分子动力学模拟的磷脂结构域与水溶液接触的络合制度。我们研究了预期的条件，每个政权应该适用，并描述了一个有代表性的实验例子来说明每种情况。我们指出，我们的研究结果提供了一个表征的离子分布，无论是否发生电荷反转，并表明，如质子释放和转移的过程也与离子的相关性。最后，我们进一步的实验和理论影响的讨论。
2007-01-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Binding effects in multivalent Gibbs-Donnan equilibrium
经典的吉布斯-唐南平衡描述了与嵌入电解质溶液中的受限胶体电荷相关的过量渗透压。在这项工作中，我们扩展这种方法来描述多价离子结合的平衡力的影响，作用于带电杆易位之间的两个隔间，从而模仿在体外从噬菌体DNA弹射力平衡的离子效应。Gibbs-Donnan平衡和吸附平衡之间的微妙的相互作用，导致一个非单调变化的喷射力作为多价盐浓度的增加，在定性与实验观察。
2005-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
