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
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
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 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 time of a polymer chain through an energy gradient nanopore
采用蒙特卡罗模拟和具有双吸收边界条件的Fokker-Planck方程研究了高分子链通过相互作用能梯度纳米孔的迁移时间.模拟和计算都揭示了三种不同的聚合物迁移行为。这些行为可以定性地解释从自由能景观获得的聚合物易位在不同的参数。结果表明，通过适当地设计相互作用能梯度，可以调节聚合物链通过纳米孔的移位时间。
2017-01-03 cond-mat.soft
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
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
Translocation through a narrow pore under a puling force
我们采用三维分子动力学来模拟由外力驱动的聚合物通过纳米孔的移位。研究了三种不同孔径和两种不同外力作用下的迁移情况。为了了解聚合物和孔相互作用对迁移时间的影响，我们研究了9种不同的相互作用能。此外，为了更好地理解模拟结果，我们研究了聚合物的质心，形状因子和单体分布通过移位。研究结果表明，在增大聚合物-孔相互作用能的同时，随着孔径的增大，聚合物-孔相互作用能的增加。结果的形状分析表明，聚合物的形状是非常敏感的相互作用能。在高相互作用下，单体从两侧靠近孔。因此，易位开始时变快，最后变慢。
2019-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
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
Polymer translocation under a pulling force: scaling arguments and threshold forces
通过纳米孔的DNA移位是下一代测序技术中最有前途的策略之一。大部分的实验和数值计算工作都集中在电泳偏置的聚合物移位上，其中拉力作用于纳米孔内的聚合物。然而，一种替代策略正在出现，它使用光学或磁性镊子。在这种情况下，拉力直接施加在聚合物的一端，这强烈地改变了移位过程。在本文中，我们报告的线性和结构化（模仿DNA）聚合物模型的数值模拟，足够简单，允许统计处理的孔结构的影响易位时间的概率分布。基于极其扩展的计算机模拟数据，我们：i）提出了扩展的预测易位时间$τ\sim N^{2}F^{-1}$在中等力范围内的缩放参数; ii）分析了孔尺寸和聚合物结构对易位时间$τ$的影响。
2017-11-29 cond-mat.soft
Polymer translocation induced by adsorption
我们研究了一个灵活的聚合物的易位通过一个孔在一个膜诱导其吸附在\trans侧的膜。当温度$T$高于$T_c$时，吸附-脱附转变温度、聚合物与膜之间的吸引相互作用在影响聚合物构象方面几乎不起作用，导致移位时间按$τ\sim L^3$缩放，其中$L$是聚合物轮廓长度。然而，当$T < T_c$时，对于足够长的聚合物，易位时间经历了与$τ\sim L^2$的急剧交叉，随后是二级构象（吸附）转变。发现易位时间在$T=T_c'$周围表现出交叉，对于短于临界长度（$N<N_c$）的聚合物，其低于$T_c$。
1998-02-10 cond-mat.soft
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
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
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
Reducing the variance in the translocation times by pre-stretching the polymer
进行聚合物易位的朗之万动力学模拟，其中聚合物通过在易位之前和期间施加在第一个和最后一个单体上的两个相反的力拉伸。在该设置中，通过在两个拉力之间施加偏压来实现聚合物移位，使得存在朝向\textit{trans}侧的净位移。在预拉伸力的影响下，伸长的聚合物系综与未拉伸的系综相比包含较少的构象变化。模拟表明，这种减少的传播在初始构象产生减少的变化，在易位时间相对于平均易位时间。探索这种效果的不同比例的热波动的幅度驱动力，以控制由聚合物采样的热路径的相对影响。由于易位时间的变化是由于来自采样热噪声和初始构象的贡献，我们的模拟提供了对两个主要噪声源的独立控制，并使我们能够阐明它们如何有助于易位动力学。实验相关的条件被突出显示，并显示对应于易位时间的传播的显着减少，从而表明在易位之前拉伸DNA可以帮助基于纳米孔的测序和尺寸应用。
2018-02-06 cond-mat.soft
Polymer translocation into laterally unbounded confined environments
使用Langevin动力学模拟在三维（3D），我们调查的动力学的聚合物易位到两个平行的平面壁之间的区域与分离$R$下的驱动力$F$，分别。与开放环境相比，由于部分易位单体的拥挤效应，易位动力学发生了很大变化。易位时间$τ$最初随着$R$的增加而迅速减小，然后对于较大的$R$饱和，并且受限环境导致$τ$对$F$的非普遍依赖性。
2010-04-12 cond-mat.soft
Directed translocation of a flexible polymer through a cone-shaped channel
对熵驱动的柔性聚合物在锥形通道中的定向迁移进行了理论研究和计算机模拟。对于给定的通道长度，作用在聚合物上的熵源的有效力被计算为通道顶角的函数。研究发现，易位时间是顶角的非单调函数。随着顶角从零开始增加，移位时间呈现出最小值，然后是最大值。此外，它被发现，无论顶角的值，易位时间是一个均匀的通道长度的递减函数。理论和仿真的结果是在良好的定性一致。
2012-11-13 cond-mat.soft
Polymer translocation through nanopore assisted by an environment of active rods
我们使用计算机模拟和等通量张力传播（IFTP）理论相结合，研究易位动力学的柔性线性聚合物通过纳米孔到由排斥性活性杆在2D的环境。我们证明，杆活动诱导的聚合物上的拥挤效应，导致一个时间依赖性的净力，有利于易位到活跃的环境。将这种力引入孔驱动易位的IFTP理论中，使我们能够详细地描述易位动力学，并推导出平均易位时间的标度形式为$\tildeτ \sim \tilde{L}_{\textrm{r}}^ν / \tilde{F}_{\textrm{SP}} $，其中$\tilde{L}_{\textrm{r}}$和$\tilde{F}_{\textrm{SP}}$分别是作用在杆上的杆长和自推进力，$ν$是Flory指数。
2020-11-09 cond-mat.soft
Frequency-control of protein translocation across an oscillating nanopore
利用一种简化了链和孔几何结构的唯象粗粒度计算模型研究了脂质结合蛋白（LBP）的易位。我们通过分子动力学研究了在纳米孔存在下运输和展开之间的相互作用，纳米孔的截面以频率ω在时间上周期性振荡，这种运动通常被称为径向呼吸模式（RBM）。我们发现，当LPB被机械地拉入振动的纳米孔中时，其表现出在某些频率范围内被加速的移位动力学，并且显示出与孔动力学的频率锁定。孔振动的主要作用是抑制易位动力学的失速事件，因此，适当的频率调谐允许整个运输过程的正则化和控制。最后，模拟结果的解释是很容易实现诉诸基本驱动扩散过程的第一通道理论。
2018-04-17 cond-mat.soft
Controlling polymer translocation and ion transport via charge correlations
我们开发了一个相关校正的传输理论，以预测平均场静电击穿的物理条件下膜纳米孔的离子和聚合物传输特性。实验观察到的低KCl电导率的开放α-溶血素孔的表面极化效应的存在定量解释。当DNA分子渗透到孔中时，这些极化力与DNA的电中性相结合，为离子电流设置了一个下限，解释了稀离子浓度下阻塞孔电导率的弱盐依赖性。向溶液中加入多价反离子导致聚合物电荷的反转和电渗流的方向。对于三价亚精胺或四价精胺分子，电荷反转足够强以阻止聚合物的移位并逆转其运动。这种机制可以有效地用于易位实验，以通过最小化聚合物的易位速度来提高DNA测序的准确性。
2014-10-10 cond-mat.soft
Driven translocation of a semiflexible polymer through a conical channel in the presence of attractive surface interactions
我们研究了一个半柔性聚合物通过一个圆锥形通道与吸引力的表面相互作用和驱动力，在空间上变化的通道内的易位。使用的柔性聚合物的易位动力学通过一个扩展的通道作为控制的结果，我们首先表明，通道的不对称形状引起的非单调功能的总易位时间作为一个函数的通道的顶角。通道内单个单体珠粒的等待时间分布显示出强烈依赖于驱动力和表面相互作用的独特功能。聚合物刚度导致通道的所有角度的更长的移位时间。此外，作为通道角度的函数的移位时间的非单调特征随着聚合物变得更硬而显著改变，这反映在等待时间分布的变化特征中。我们构建了一个自由能描述的系统将熵和精力充沛的贡献，在低力制度来解释模拟结果。
2022-11-14 cond-mat.soft
Polymer translocation in an environment of active rods
我们认为，一个灵活的线性聚合物的易位过程中，通过一个纳米孔到环境中的{ \it反}侧的活性杆的动力学。使用Langevin动力学模拟，我们发现，即使最初有更多的单体在{\it反}侧的{\it顺}比在{ \it反}侧的杆促进易位。易位聚合物的结构分析表明，活性杆诱导折叠结构的{ \it反式}侧亚链的情况下，成功的易位事件。通过保持{ \it顺式}侧子链上单体的初始数量固定，我们绘制出一个状态图，成功的事件作为一个函数的棒数密度为各种系统参数。这揭示了在低密度和拥挤，阻碍易位在较高密度的杆之间的促进竞争。
2022-11-14 cond-mat.soft
Comment on ``Passage Times for Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore''
与聚合物移位通过纳米孔相关的最基本量之一是移位时间$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}$，其规模在相同的方式作为Rouse弛豫时间的链，除了一个较大的前因子，并使其他缩放索赔。
2007-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer Translocation Through a Long Nanopore
从理论上研究了聚合物通过膜中纳米孔的迁移。最近关于电压驱动的DNA和RNA通过纳米孔的易位的实验表明，孔的尺寸和几何形状是聚合物动力学中的重要因素。提出了一种理论方法，明确考虑到纳米孔的长度和直径的影响，聚合物运动穿过膜。结果表明，孔的长度是至关重要的聚合物易位动力学。本模型预测，对于现实条件（长纳米孔和大的外部场），有两个制度的易位取决于聚合物的大小：对于大于孔长度的聚合物链，易位的速度几乎是恒定的，而对于小于孔长度的聚合物链的速度随着聚合物尺寸的减小而增加。这些结果与实验数据相符。
2002-09-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer translocation into and out of an ellipsoidal cavity
采用蒙特卡罗模拟研究了聚合物通过窄孔进入和离开椭球腔的易位。我们测量的聚合物自由能F作为一个函数的易位坐标，s，定义为已进入腔的键的数量。为了研究聚合物插入，我们考虑的情况下，驱动力作用于单体内的孔，以及单体吸引到腔壁。我们研究的变化F（S）的形状各向异性和体积的空腔，聚合物的长度，和驱动插入的相互作用的强度的变化。对于非热系统，自由能函数进行了分析，使用缩放的方法，在那里我们处理的聚合物的受限部分是在半稀释制度。自由能函数与Fokker-Planck方程一起用于测量平均易位时间以及易位时间分布。我们发现，聚合物的喷射和插入是更快的椭球形腔比球形腔。结果是在定性协议与朗之万动力学研究的情况下，弹射，但不插入。这种差异可能是由于FP方法中未考虑的平衡构象行为所致
2015-02-19 cond-mat.soft
Pulling a folded polymer through a nanopore
我们研究了折叠的线性聚合物在外力作用下通过纳米孔的移位动力学。为此，我们概括的等通量张力传播（IFTP）理论端拉聚合物易位包括两个部分的折叠聚合物同时穿越孔的情况。我们的理论是广泛的基准与相应的分子动力学（MD）模拟。折叠聚合物的移位过程可以分为两个主要阶段。在第一阶段，两个分支都穿过孔隙，并且它们的动力学是耦合的。如果分支不具有相等的长度，则存在第二阶段，其中较短分支的移位已经完成。利用两个分支的单体通量相等的假设，我们解析地推导了两个分支的运动方程，并从平均等待时间及其标度形式详细地描述了易位动力学。此外，MD模拟用于研究易位动力学的其他细节，如易位时间分布和单个单体的速度。
2019-12-17 cond-mat.soft
Effect of charge distribution on the translocation of an inhomogeneously charged polymer through a nanopore
我们利用离散和连续的随机模型研究了电压驱动的不均匀带电聚合物通过纳米孔的易位。作为电荷分布对移位影响的简化说明，我们考虑了具有单个带电位点的聚合物在电荷和孔之间存在和不存在相互作用的情况下的移位。我们发现，在没有孔-聚合物相互作用的情况下，最大限度地减少易位时间的电荷的位置是由易位的熵成本决定的，最佳电荷位置是在棒状聚合物的链的中点，接近理想链的前导链端。有吸引力或排斥性的孔-电荷相互作用的存在下产生的最佳电荷的位置朝向链的尾端和前端的位移，分别。此外，我们的研究结果表明，强大的吸引力或排斥力之间的相互作用的电荷和孔延长易位时间相对于易位通过一个惰性孔。我们推广我们的结果，以适应存在多个带电的网站上的聚合物。我们的研究结果提供了深入了解电荷的不均匀性对蛋白质易位通过生物膜的影响。
2007-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translocation of an Active Polymer into a Circular Cavity
采用Langevin动力学（LD）模拟方法研究了活性半柔性聚合物通过纳米孔进入刚性二维圆形空腔的移位动力学和聚合物堆积动力学.结果表明，对于小空腔半径区域，即$R \ll R_{\textrm{g}}$，力指数$R_{\textrm{g}}$为$β=-1$，而对于大的$R \gg R_{\textrm{g}}$，力指数的渐近值为$β\approx -0.92$ .力指数由平均移位时间$\langle τ\rangle \propto F_{\textrm{sp}}^β$的标度形式定义，其中$F_{\textrm{sp}}$是自推进力。此外，使用腔内聚合物的转向数的定义，已经发现，在移位过程结束时，对于小的$R$值和在强的力极限下，聚合物构型比$R$值大或力弱的情况更规则。
2022-11-14 cond-mat.soft
Polymer translocation across a corrugated channel: Fick-Jacobs approximation extended beyond the mean first passage time
聚合物在波纹通道中的迁移是一个典型的随机过程，在不同的系统中都会遇到。当聚合物首次到达某个规定位置时的时间实例定义了由这种事件触发或控制的各种现象的重要特征时间尺度。在这里，我们讨论了易位动力学的高斯聚合物在一个波纹状的通道使用适当的广义Fick-Jacobs方法。我们的主要目的是通过确定FPTD的所谓变异系数$γ$（定义为标准差与平均首次通过时间（MFPT）的比值）来探测首次通过时间分布（FPTD）的有效宽度。我们提出了一个系统的分析$γ$作为一个功能的各种系统的参数。我们发现，$γ$从来没有显着下降到1以下，事实上，可以达到非常大的值，这意味着MFPT单独不能表征的第一次通过统计的易位过程详尽。
2019-01-29 cond-mat.soft
Polymer translocation into a fluidic channel through a nanopore
使用二维Langevin动力学模拟，我们研究了在驱动力$F$作用下，聚合物通过纳米孔易位到直径为$R$的流体通道中的动力学。由于拥挤效应诱导的部分易位的单体，易位动力学显着改变相比，一个无约束的环境，即，我们观察到的非普遍依赖的易位时间$τ$上的链长$N$。$τ$最初迅速下降，然后饱和与增加$R$，和$τ$与$N$的标度指数$α$的依赖性上的沟道宽度$R$观察。$τ$与$F$的另外的逆线性缩放被打破，并且我们观察到作为$F$的函数的$α$的最小值。这些行为被解释为在易位过程中通过孔的单个片段的等待时间。
2010-08-13 cond-mat.soft
Dielectric trapping of biopolymers translocating through insulating membranes
通过基于纳米孔的移位技术对生物聚合物进行灵敏测序需要延长分子在孔中所花费的时间。我们发展了聚合物迁移的静电理论，表明迁移时间可以通过聚合物的介电捕获而延长。在稀盐条件下，低介电常数膜和大介电常数溶剂之间的介电对比引起聚合物的顺式和反式部分之间的吸引力相互作用。这种自吸引作用就像一个电介质陷阱，可以将易位时间提高几个数量级。我们还发现静电相互作用导致移位时间$τ$与聚合物长度$L$的分段缩放。在短的聚合物制度$L\lesssim10$ nm的外部漂移力占主导地位的静电聚合物相互作用，易位的特征在于漂移行为$τ\sim L^2$。在中间长度区域$10\;{\rm nm}\lesssim L\lesssimκ_{\rm b}^{-1}$中，其中$κ_{\rm b}$是德拜-休克尔屏蔽参数，介电陷阱接管漂移力。因此，增加聚合物长度导致易位时间的准指数增长。最后，在长聚合物$L\gtrsimκ_{\rm b}^{-1}$的范围内，盐屏蔽导致电介质陷阱的饱和，移位时间随$τ\sim L$线性增长。这种强烈偏离漂移行为突出了静电相互作用在聚合物易位中所起的重要作用。
2018-10-14 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
Easier sieving through narrower pores: fluctuations and barrier crossing in flow-driven polymer translocation
我们表明，注入到纳米通道的聚合物链变得更容易，通道变得更窄。这个反直观的结果出现，因为减少的扩散时间尺度的链增加限制。通过扩展de Gennes blob模型得到了这些结果，并通过混合分子动力学-格子-Boltzmann模拟得到了证实.
2012-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Polymer Translocation Dynamics in the Quasi-Static Limit
蒙特卡罗（MC）模拟被用来研究聚合物易位通过纳米孔的动力学的限制，其中易位速率是足够慢的聚合物保持构象准平衡的状态。该系统被建模为一个灵活的硬球链易位通过一个圆柱形孔在一个硬平壁。在一些计算中，纳米孔在一端连接到球形腔。使用MC动力学模拟直接测量易位时间。对于足够窄的孔，移位是足够慢的，平均移位时间与聚合物长度N成比例，根据<τ> \propto（N-N_p）^[2]，其中N_p是纳米孔中单体的平均数量;这种比例表明聚合物-纳米孔摩擦占主导地位的准静态状态。我们使用多重直方图方法来计算自由能随Q的变化，Q是用于量化移位程度的坐标。自由能函数与Fokker-Planck形式主义被用来计算准静态政权的易位时间分布。这些计算还需要摩擦系数，其特征在于数量N_{eff}，其动力学受纳米孔限制影响的单体的有效数量。这是通过将理论分布的平均值固定为从MC动力学模拟获得的分布的平均值来确定的。理论分布是在良好的定量协议与直接获得的分布由MC动力学模拟物理意义的值N_{eff}。窄孔系统的自由能函数表现出具有对纳米孔长度敏感的振幅的振荡。通常，较大的振荡幅度对应于较长的移位时间。
2013-03-16 cond-mat.soft
Facilitated polymer capture by charge inverted electroosmotic flow in voltage-driven polymer translocation
基于纳米孔的生物传感工具的最佳功能需要从离子库中快速捕获聚合物。我们确定了一种离子相关诱导的运输机制，提供了这种条件下没有化学修饰的聚合物或孔表面。在带负电荷的硅基孔限制1：1电解质溶液的典型实验配置中，阴离子聚合物捕获受到静电聚合物-膜排斥和电渗（EO）流的限制。添加的多价阳离子抑制静电屏障并逆转孔电荷，反转将聚合物拖到反式侧的EO流的方向。这种反向EO流可用于加速从储层中捕获聚合物，并输送电泳无法控制的弱或不均匀带电聚合物。
2018-04-12 cond-mat.soft
Scaling theory of driven polymer translocation
我们提出了一个理论论据，推导出平均易位时间$τ$和链长$N$驱动聚合物易位之间的标度律。这个比例定律明确考虑到孔聚合物的相互作用，这似乎是一个校正项渐近缩放，并负责在该过程中占主导地位的有限尺寸效应。通过消除对标度项的校正，我们引入了重新标度的移位时间，并通过采用布朗动力学张力传播理论[Ikonen { \it et al.}，Phys. Rev. E { \bf 85}，051803（2012）]和分子动力学模拟表明，重新标度的指数在模拟和实验容易接近的链长范围内达到渐近极限。的重新缩放程序也可以用来定量估计的大小的孔聚合物的相互作用从模拟或实验数据。最后，我们还考虑了驱动易位与流体动力学相互作用（HI）的情况。我们表明，通过增加BDTP理论与HI的理论和以前的模拟结果在文献中发现一个很好的协议。我们的结果表明，即使在这种情况下，$τ$和$N$之间的标度关系被保留。
2012-11-29 cond-mat.soft
Critical adsorption controls translocation of polymer chains through lipid bilayers and permeation of solvent
蒙特卡罗模拟使用一个明确的溶剂模型表明，一个新的途径易位的聚合物链通过脂质双层。我们考虑了由具有给定疏水性的重复单元组成的聚合物链和自组织液体状态下的脂质双层的粗粒模型。通过改变疏水性的程度，链经历相对于脂质双层的吸附转变。接近转变点，在链的适当平衡的疏水性下，膜相对于链变得透明。同时，在靠近吸附链的区域，双层膜的溶剂渗透性大大增加。我们的研究结果表明，与波动的脂质双层相互作用的聚合物链的吸附的临界点可以发挥关键作用的分子通过生物膜的易位。
2012-05-21 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
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
Driven translocation of a polymer: fluctuations at work
通过分子动力学模拟，从理论上研究了热涨落对聚合物链在窄孔中的迁移动力学的影响。理论上的考虑是基于所谓的速度朗之万（V-Langevin）方程，该方程根据聚合物链段的数目$s(t)$确定移位的进程，所述聚合物链段由于驱动力$f$而在时间$t$穿过孔。形式主义是基于假设，由于热波动，易位速度$v=\dot{s}(t)$是一个高斯随机过程，建议我们的MD数据。考虑到这一点，我们推导出相应的福克-普朗克方程（FPE），它具有非线性漂移项和扩散项，扩散系数为{ \em时间依赖} $D(t)$。我们的分子动力学模拟表明，驱动易位过程遵循{ \em super}扩散规律，扩散系数为$D(t) \propto t^γ$，其中$γ< 1$。这一发现，然后使用在数值解的FPE产生一个重要的结果：相对较小的驱动力波动促进易位动力学。因此，发现描述平均移位时间$<τ>$与聚合物长度$N$的比例的指数$α$，$<τ> \propto N^α$减小。因此，考虑到热波动，人们可以解释理论上预测的驱动易位过程的持续时间之间的系统性差异，通常被认为是一个确定性的事件，并在计算机模拟中的测量。在非驱动的情况下，$f=0$，易位是轻微subdiffusive，可以在分数布朗运动（fBM）的框架内处理。
2012-11-23 cond-mat.soft
Langevin Dynamics Simulations of Polymer Translocation through Nanopores
我们调查的动态聚合物易位通过纳米孔使用二维Langevin动力学模拟。在没有外部驱动力的情况下，我们考虑一种聚合物，它最初被放置在中间的孔和研究的逃逸时间$τ_e$所需的聚合物完全退出孔的两侧。逃逸时间的分布是宽的，有一个长的尾巴。我们发现，$τ_e$的规模与链长$N$为$τ_e \sim N^{1+2ν}$，其中$ν$是弗洛里指数。对于驱动移位，我们着重研究了摩擦系数$ξ$、驱动力$E$和链长$N$对移位时间$τ$的影响，移位时间$τ$定义为第一个单体进入孔和最后一个单体离开孔之间的时间。对于强驱动力，易位时间的分布是对称的和窄的，没有长尾和$τ\sim E^{-1}$。$ξ$的影响取决于驱动力和摩擦力之间的比率。对于中间体$ξ$，我们发现$τ$与$N$的交叉比例从相对短链的$τ\sim N^{2ν}$到较长链的$τ\sim N^{1 + ν}$。然而，对于更高的$ξ$，即使对于短链也仅观察到$τ\sim N^{1 + ν}$，并且没有交叉行为。该结果可以通过增加$ξ$增加链的Rouse弛豫时间的事实来解释，在这种情况下，即使相对短的链在移位期间也没有时间弛豫。我们的结果是在良好的协议与以前的模拟的基础上波动的键晶格模型的聚合物在中间摩擦值，但揭示了额外的功能依赖于摩擦。
2006-08-23 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
Role of Non-Equilibrium Conformations on Driven Polymer Translocation
理解聚合物通过纳米孔移位的主要理论方法之一是基于聚合物构象的准平衡假设的Fokker-Planck形式主义。准平衡近似对聚合物迁移的适用性的标准是每个Kuhn链段的平均迁移时间$\langle τ\rangle/N_K$长于聚合物的弛豫时间$τ_0$。为了理解满足这一标准的条件，我们进行了粗粒度的三维朗之万动力学和多粒子碰撞动力学模拟。我们已经研究了初始构象的α-内酰胺链（这是人工产生的流场）的动力学上的作用，其易位通过纳米孔的作用下，外部施加的跨膜电压$V$（在初始流场的情况下）。拉伸（平衡外）的α-链构象是故意和系统地产生，并作为初始构象在易位模拟。进行独立的模拟，以研究这些拉伸链的弛豫行为和弛豫时间尺度和平均易位时间（$\langle τ\rangle$）之间的比较。对于这种人为拉伸的初始状态，$\langle τ\rangle/N_K < τ_0$，证明了准平衡近似的不适用性。然而，我们观察到的缩放$\langle τ\rangle \sim 1/V$在整个范围内的链拉伸研究，与福克-普朗克模型的预测。另一方面，对于不存在初始人工流场的实际情况，将文献报道的实验数据与理论进行了比较，
2017-12-29 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
Influence of non-universal effects on dynamical scaling in driven polymer translocation
我们使用分子动力学（MD）模拟和理论模型的基础上的非平衡张力传播的{ \it顺}侧子链上的驱动聚合物易位的动力学研究。我们提出的理论和数值证据表明，在实验和模拟中观察到的非普遍行为是由于有限的链长效应，持续远远超出相关的实验和模拟制度。特别是，我们认为孔聚合物的相互作用的影响，并表明，他们给一个主要的贡献的非普遍的影响。此外，我们提出了几个数量的理论和MD模拟之间的比较，在相关的参数制度显示出非常好的协议。最后，我们讨论了现有理论的潜在局限性。
2012-11-29 cond-mat.soft
Polymer translocation into cavities: Effects of confinement geometry, crowding and bending rigidity on the free energy
采用蒙特卡罗模拟研究了聚合物在空腔中的迁移。将聚合物建模为长度高达N = 601个单体的硬球链，我们使用多重直方图方法来测量聚合物的构象自由能相对于易位单体的数量的变化。然后使用所得的自由能函数来获得聚合物的移位部分的限制自由能。我们的特点的限制自由能的柔性聚合物在腔体中具有恒定的横截面积A为各种腔体形状（圆柱形，矩形和三角形），以及锥形和锥形的锥形腔。自由能与腔体体积和易位聚合物子链长度的标度一般与简单标度参数的预测一致，标度指数的小偏差可能是由于有限尺寸效应。的限制自由能强烈地依赖于腔形状的各向异性，是一个最小的等距腔形状的长度/宽度比的单位。对于易位成无限长的锥体，缩放的自由能与锥角是一致的理论预测采用斑点模型。我们还研究了聚合物弯曲刚度对圆柱形空腔的移位自由能的影响。对于等距腔，所观察到的标度行为与理论预测部分一致。此外，易位到高度不等轴的圆柱形腔导致一个多阶段的折叠过程的刚性聚合物。最后，我们研究了腔体内拥挤剂的影响。我们发现，禁闭自由能随拥挤密度的增加而增加。在恒定的填充分数，这种效果的幅度减少与增加拥挤/单体尺寸比$\geq$ 1拥挤的大小。
2021-03-24 cond-mat.soft
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
Polymer Translocation in Crowded Environments
我们研究了细胞质的拥挤性质对聚合物通过膜孔易位的影响。通过系统地处理由于拥挤的熵罚，我们表明，易位动力学显着改变，导致新的缩放行为的易位时间的链长。我们还观察到新的和定性不同的易位制度，这取决于拥挤的程度，跨膜化学势的不对称性，和聚合物的长度。
2007-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer translocation: Effects of confinement
本研究通过自回避行走模型与Fokker-Planck方程，分析了锥形通道受限程度对聚合物易位动力学的影响，发现易位时间随有效空间增大而减小并趋于饱和，且可通过调节溶剂条件控制易位过程。
2024-01-09 cond-mat.soft
Anomalous zipping dynamics and forced polymer translocation
我们通过蒙特卡罗模拟研究了两个聚合物在互补单体间相互吸引作用下的拉链和解拉链动力学。在拉链中，聚合物从高温平衡构型骤冷到低温状态，使得两股通过闭合“Y”叉而拉上拉链。在解链中，聚合物从低温双链构型变为高温，使得两条链分离。模拟结果表明，解链时间，$τ_u$，尺度作为聚合物长度的函数$τ_u \sim L$，而拉链的特点是异常动力学$τ_z \sim L^α$与$α= 1.37(2)$。这个指数是在良好的协议与模拟结果和理论预测的强制聚合物通过一个狭窄的孔的易位时间的缩放。我们发现，指数$α$是强大的参数和温度的变化，而$τ_z$作为驱动力的函数的缩放显示存在两个不同的制度：弱强迫（$τ_z \sim 1/F$）和强强迫（$τ_z$独立于$F$）制度。交叉区域的特点可能是在$F$的非平凡缩放，匹配的预测最近的理论的聚合物易位。虽然几何结构不同，但压缩和移位共享相同类型的异常动力学。这种动态可以通过实验研究的系统是DNA（或RNA）发夹：我们的研究结果意味着一个异常的动态发夹关闭时间，但不是开放时间。
2011-02-14 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
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
