Coupled dynamics of RNA folding and nanopore translocation
结构化的RNA或DNA分子通过狭窄的孔的移位需要打开所有的碱基对。在这里，我们研究的动力学易位和碱基配对理论之间的相互作用，使用动力学蒙特卡罗模拟和分析方法。我们发现，在基态不发生的碱基对的瞬时形成可以显着加快易位。
2005-09-29 cond-mat.soft q-bio.BM
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
Translocation of stiff polymers through a nanopore driven by binding particles
我们调查的刚性聚合物的易位在存在的结合粒子通过纳米孔的二维Langevin动力学模拟。我们发现，平均移位时间显示出最小值的结合能$ε$和粒子浓度$ϕ$的函数，由于从结合力和摩擦力的相互作用。特别地，对于强结合，易位以由摩擦力的显著增加引起的降低的易位速度进行。此外，$ε$和$ϕ$对易位时间的分布有显著影响。随着$ε$和$ϕ$的增加，它经历了一个从弱结合下的非对称宽分布到强结合下的近似高斯分布的过渡，其宽度逐渐变窄。
2012-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Dynamics of RNA Translocation through a Nanopore
我们提出了一个简化的模型的动力学易位的RNA通过纳米孔，只允许通过未结合的核苷酸。特别是，我们认为无序平均易位动力学的随机，两个组件，单链核苷酸，通过减少动态的运动的一个随机步行者的一维自由能景观的易位。这些易位景观是从RNA序列的折叠和跨纳米孔施加的电压偏压计算的。我们计算这些景观的1500随机绘制的两个字母的长度为4000的序列。对这些景观的动态模拟显示出异常特征，类似于随机强迫能量景观，其中对于跨纳米孔的足够小的电压偏置，易位过程在时间上比线性地进行得更慢，但是在大的电压偏置下在时间上线性地移动。我们认为，我们的简化模型提供了一个上限更现实的易位动力学，因此，我们预计，所有的RNA易位模型将表现出异常的制度。
2007-03-12 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.QM
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
Directed motion emerging from two coupled random processes: Translocation of a chain through a membrane nanopore driven by binding proteins
我们调查易位的刚性聚合物组成的M单体通过纳米孔在膜中，在存在的结合颗粒（分子伴侣），结合到聚合物上，并部分地防止通过孔的聚合物的回滑。该过程的特征在于速率：k为聚合物通过孔进行扩散跳跃，q为分子伴侣的解结合，以及速率q kappa为结合（结合强度kappa）;除了无结合kappa=0的情况外，分子伴侣的存在产生驱动易位过程的有效力。基于一个（2+1）变量主方程，我们详细研究了结合蛋白的扩散移位和（部分）整流的耦合动力学。特别是，我们计算的平均易位时间作为各种物理参数的函数。
2005-08-21 cond-mat.soft q-bio.BM
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
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
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
Current enhancement in solid-state nanopores depends on three-dimensional DNA structure
双链DNA通过固态纳米孔的移位可以根据周围溶液的离子浓度降低或增加离子电流。在某一交叉离子浓度以下，电流变化从电流阻断反转为电流增强。在本文中，我们表明，由多个连接的DNA双螺旋组成的捆绑的DNA纳米结构的交叉浓度低于双链DNA。我们的测量结果表明，在DNA附近的反离子的流动性减少取决于分子的三维结构。我们进一步证明，引入中性聚合物，如聚乙二醇到测量溶液中减少了从纳米孔的电渗流出，允许在低盐浓度下大的DNA结构的易位。我们的实验有助于更好地理解在受限的DNA环境中的离子传输，这对于纳米孔传感技术以及合成膜通道的发展至关重要。我们的模型DNA纳米结构的盐依赖性测量将指导DNA易位通过纳米孔的计算模型的发展。
2019-05-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
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$是Flory指数。
2020-11-09 cond-mat.soft
Effect of Inhomogeneity in Translocation of Polymers through Nanopores
从理论上讨论了具有非均匀结构的聚合物在纳米孔中的运动。具体而言，我们认为易位动力学的聚合物组成的双链和单链块。由于只有单链链可以穿过纳米孔，因此双链区段必须在移位之前解压缩。利用一个简单的分析模型，易位时间明确计算不同的聚合物取向，即，当单链嵌段首先进入孔时和当双链片段是前导片段时。分析了易位动力学与外场、双链链段相互作用能、聚合物尺寸和双链单体比例的关系。研究发现，进入孔隙的顺序对迁移动力学有显著影响。使用自由能景观参数的理论结果进行了讨论。
2006-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Opposite translocation of long and short oligomers through a nanopore
我们考虑细长的圆柱形颗粒，建模例如DNA片段或纳米棒，同时在外部施加的电压的作用下通过固态纳米孔移位。特别强调的是把伴随的势能景观，遇到的粒子通过孔由于复杂的相互作用的各种电流体动力学效应超出了小德拜长度的范围。我们发现，跨膜的净势能差可能是相反的符号为短和长的粒子的直径和电荷密度相等（例如低聚物）。因此，热噪声导致通过孔隙向相反方向的偏置扩散。通过附加的膜栅电极，甚至可以控制发生这种传输反转的特定颗粒长度。
2013-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Chaperone-assisted translocation of a polymer through a nanopore
使用Langevin动力学模拟，我们调查的动力学伴侣辅助易位的柔性聚合物通过纳米孔。我们发现，增加分子伴侣与链的结合能$ε$和分子伴侣浓度$N_c$可以大大提高易位概率。特别地，随着伴侣浓度的增加，对于弱结合观察到最大易位概率。对于固定的分子伴侣浓度，随着$ε$的增加，易位时间$τ$的直方图从长尾分布过渡到高斯分布。对于短链分子，随着结合能的增加，$τ$迅速降低，然后几乎饱和，而对于长链分子，在较低的分子伴侣浓度下，其结合能有一个最小值。我们还表明，$τ$有一个最小值作为伴侣浓度的函数。对于不同的$ε$，还观察到$τ$对链长$N$的非通用依赖性。这些结果可以解释的特征熵效应的柔性聚合物诱导的拥挤效应从高伴侣浓度或高结合能的链段间结合。
2011-08-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Single Stranded DNA Translocation Through a Fluctuating Nanopore
研究了单链DNA（ssDNA）在两种构象之间波动的孔道中的易位，采用耦合主方程（ME）。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数（PDF），根据系统参数显示三峰、双峰或单峰行为。推导出了易位过程的平均首次通过时间（MFPT）的解析表达式，并提供了易位过程的广泛表征。
2005-01-15 cond-mat.soft q-bio.SC
Nanoparticle Translocation through Conical Nanopores: A Finite Element Study of Electrokinetic Transport
近年来，人们对纳米孔的兴趣激增，因为这种结构显示出表征纳米颗粒，蛋白质，DNA甚至单分子的强大潜力。这些系统已经在实验中以及通过全原子和粗粒度模拟进行了广泛的研究，重点关注DNA易位。然而，同样有趣的问题，使用纳米孔的颗粒表征受到的关注要少得多。在这里，我们从理论上研究了纳米粒子通过锥形纳米毛细管的易位。我们使用的模型的基础上，数值求解耦合系统的电动连续方程，我们详细介绍。基于我们的研究结果，我们制定了在易位事件期间获得最大电流信号的基本准则，该准则应该可以转移到其他纳米孔几何形状。此外，信号强度对颗粒性质，如表面电荷和尺寸的依赖性，进行评估。最后，我们确定的条件下，防止易位形成一个强大的电渗透屏障，并表明，颗粒甚至可能成为被困在孔的孔口，而不施加外部静水压力差。
2016-06-21 cond-mat.soft
Driven polymer translocation through nanopores: slow versus fast dynamics
我们调查的动力学聚合物易位通过纳米孔外部驱动下的三维Langevin动力学模拟，侧重于缩放的平均易位时间$τ$与聚合物的长度，$τ\sim N^α$。对于缓慢易位，即，在低驱动力和/或高摩擦下，我们发现$α\approx 1+ν\approx 1.588$，其中$ν$表示Flory指数。相反，观察到$α\approx 1.37$由于反式侧的高度变形的链构象而快速易位，反映了明显的非平衡情况。对于慢和快移位，移位时间对驱动力的依赖性分别由$τ\sim F^{-1}$和$τ\sim F^{-0.80}$给出。这些结果澄清了关于驱动易位标度指数$α$大小的争议。
2009-11-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer translocation through a nanopore: a two-dimensional Monte Carlo simulation
我们研究了在没有外部驱动力的情况下聚合物通过纳米孔的易位问题。为此，我们使用二维（2D）波动键模型与单段蒙特卡罗移动。为了克服熵的障碍，没有人为的限制，我们考虑一个聚合物，这是最初放置在中间的孔，并研究所需的逃逸时间的聚合物完全退出孔的两端。特别地，我们研究了孔长度对逃逸时间的影响。
2005-10-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Polymer translocation into a fluidic channel through a nanopore
使用二维Langevin动力学模拟，我们研究了在驱动力$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$的最小值。这些行为被解释为在易位过程中通过孔的单个片段的等待时间。
2010-08-13 cond-mat.soft
Stochastic sensing of polynucleotides using patterned nanopores
利用Langevin动力学模拟研究了孔的微观结构对聚合物迁移的影响，并考察了在孔内引入图案化粘性的后果。据发现，易位过程是非常敏感的详细结构，这样的模式与易位时间的粘性的孔隙比指数依赖。移位过程的随机性导致具有不同序列的聚合物如何穿过特定图案的孔之间存在明显差异。这个概念是用来提出一个随机传感协议的多核苷酸，它表明，该方法，这将是显着快于现有的方法，可以任意强大。
2012-01-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Frequency-control of protein translocation across an oscillating nanopore
利用一种简化了链和孔几何结构的唯象粗粒度计算模型研究了脂质结合蛋白（LBP）的易位。我们通过分子动力学研究了在纳米孔存在下运输和展开之间的相互作用，纳米孔的截面以频率ω在时间上周期性振荡，这种运动通常被称为径向呼吸模式（RBM）。我们发现，当LPB被机械地拉入振动的纳米孔中时，其表现出在某些频率范围内被加速的移位动力学，并且显示出与孔动力学的频率锁定。孔振动的主要作用是抑制易位动力学的失速事件，因此，适当的频率调谐允许整个运输过程的正则化和控制。最后，模拟结果的解释是很容易实现诉诸基本驱动扩散过程的第一通道理论。
2018-04-17 cond-mat.soft
Steric modulation of ionic currents in DNA translocation through nanopores
伴随DNA移位的离子电流强烈地依赖于电解质溶液的摩尔浓度以及纳米孔的形状和表面电荷。通过泊松-能斯特-普朗克方程，它示出了如何电导调制的DNA入侵者的存在下，作为竞争的静电和约束因素的结果。的理论结果定量再现的实验结果，并总结在电导图，允许区分区域的降低的电导率从区域的增强的电导率作为摩尔浓度和孔尺寸的函数。
2015-07-15 cond-mat.soft
Sequence dependence of DNA translocation through a nanopore
我们调查的DNA易位通过纳米孔使用二维Langevin动力学模拟的动力学，侧重于易位动力学的依赖于DNA序列的细节。在这项工作中研究的DNA分子是建立从两种类型的碱基$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
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
Effects of interaction between nanopore and polymer on translocation time
本文利用LAMMPS分子动力学（MD）软件，对聚合物的迁移过程进行了二维模拟.我们对弱力和中等力以及不同的孔径进行了模拟。我们的结果表明，在非平衡和平衡的初始条件下，易位时间总是增加结合能和/或增加孔径。此外，根据前人的研究，时间与力的标度指数为-0.9531。通过对平衡态和非平衡态初始条件的比较表明，迁移时间对初始条件非常敏感。在相互作用能为8k_B T时，弛豫聚合物的迁移时间比非平衡态的迁移时间小，即使在1k_B T的小能量下也是如此。
2018-04-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
Electrokinetic-flow-induced viscous drag on a tethered DNA inside a nanopore
最近的工作表明，孔隙区域内的粘性效应引起的阻力可以解释[Ghosal，S.物理学修订版E。第71卷，051904（2006）和Phys.Rev.Lett. vol.98，238104（2007）]在涉及电压驱动的DNA通过纳米孔的易位的某些实验中观察到易位时间。孔内的电动流动和伴随的粘性效应在解释DNA固定在纳米孔内的实验中也起着至关重要的作用[U. Keyser等人，Nature Physics vol.2，473（2006）]。在本文中的粘性力明确计算的纳米孔的圆柱形几何形状。研究发现，由于粘性阻力和曼宁凝聚引起的电荷减少所引起的系绳力的减小是相似的。这一结果对解释DNA束缚的实验数据具有重要意义。
2012-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Heteropolymer translocation through nanopores
我们调查易位动力学的杂聚物驱动通过纳米孔使用恒温Langevin恒温器。具体来说，我们考虑由两种类型的单体标记A和B，这是由它们在孔内经历的驱动力的大小区分的杂聚物。从一系列的研究与序列AnBn+m的聚合物，我们确定通用以及序列的特定属性的易位链。我们发现，平均移位时间作为链长N的函数的缩放不受异质性的影响，而每个珠子的停留时间是短重复单元序列的强函数。我们进一步发现，对于固定长度的对称杂聚物AnBn，单个单体的停留时间所表现出的图案与具有N/（2n）狭缝的光栅的干涉图案具有惊人的相似性。这些结果与设计基于纳米孔的测序技术相关。
2007-01-22 cond-mat.soft
Topological jamming of spontaneously knotted polyelectrolyte chains driven through a nanopore
固态纳米器件的出现允许通过磁性地驱动其通过纳米孔来询问单链的物理化学性质。最近的易位过程的显着动力学方面的特点是模型聚合物链的理论和计算研究从自纠缠。然而，足够长的平衡链必然打结。这种拓扑结构的“缺陷”的易位过程中的影响在很大程度上是未开发的，并在本研究中解决。通过使用布朗动力学模拟的粗粒度的CO2模型，我们表明，结，尽管被困在孔入口处，不“本身”导致的易位过程堵塞。相反，结引入随着施加的力而增加的有效摩擦，并且实际上在阈值力以上停止移位。预测的动态交叉，这是实验上可验证的，是相关的应用背景下，如DNA纳米孔测序。
2012-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Driven translocation of a polynucleotide chain through a nanopore--A continuous time Monte-Carlo study
利用连续时间Monte-Carlo方法，我们模拟了多核苷酸链在电场驱动下通过纳米孔的移位。我们已经使用了两个模型的驱动扩散由于电场。链可以与孔具有强相互作用，并且取决于链的哪一端首先进入孔。根据这种相互作用，在这两种情况下，在我们的模型中的链通过孔的时间分布被发现有三个峰，如Kasianowicz，Brandin，Branton和Deamer（KBBD）的实验中所观察到的。
2006-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Prediction of the effective force on DNA in a nanopore based on density functional theory
在本研究中，我们考虑了电压驱动的DNA通过纳米孔的易位。假设DNA分子与纳米孔同轴，建立了一个计算纳米孔中单个DNA分子所受作用力的流体力学模型，利用密度泛函理论结合连续Navier-Stokes（NS）方程研究了纳米孔中的电渗流和作用在DNA分子上的粘性阻力.在我们的模型中还考虑了纳米孔壁上的表面电荷。计算结果与实验测量结果的一致性表明，本文的理论模型是预测DNA流体动力学阻力的有效工具。结果表明，在较高的盐浓度下，电荷反转会降低电渗速度，甚至导致电流反转，而这一现象不能用泊松-玻尔兹曼（PB）模型来描述.这有助于进一步提高过屏蔽区的有效力。
2013-06-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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 polymers with folded configurations across nanopores
通过分析简单的离散随机模型，从理论上研究了具有折叠构型的聚合物在膜孔中的传输。的易位动力学被视为两个事件的序列：通过通道的折叠段的运动，然后由聚合物的线性部分。由于聚合物分子与孔之间的相互作用不同，折叠链段和线性链段的转变速率不同。结果表明，移位时间依赖于折叠段的长度短的聚合物和弱的外场，而它变得单调的长分子和大的字段。此外，有一个关键的聚合物和孔之间的相互作用，分离两个动态制度。对于较强的相互作用，折叠的聚合物移动较慢，而对于较弱的相互作用，线性链易位是最快的。此外，我们的计算表明，折叠不改变的易位标度性能的聚合物。这些现象可以通过聚合物的折叠链段和线性链段的移位距离和转变速率之间的相互作用来解释。理论结果适用于分析实验易位通过固态纳米孔。
2007-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translocation of a Polymer through a Nanopore across a Viscosity Gradient
通过几种计算方法研究了聚合物在分离不同粘度流体的膜中通过孔的易位。从聚合物的一半开始，我们发现，由于引入了跨孔的粘度差，易位将主要发生在膜的一侧。这些结果表明，一个内在的泵送机制易位跨细胞壁，这可能会出现时，跨膜的流体是不均匀的。有些令人惊讶的是，发现易位的优选方向的符号强烈依赖于模拟算法：对于朗之万动力学（LD）模拟，发现偏向低粘度侧，而对于布朗动力学（BD），研究了在大范围粘度梯度下的易位动力学，并建立了一个简单的力模型来估计的偏差的大小，LD的结果被证明是更现实的物理。LD的结果也进行了比较，从一个简单的，一维随机游走模型的易位调查的聚合物和熵的障碍的内部自由度的作用。总之，不同聚合物长度上的结果的缩放证明了优先方向随聚合物长度的饱和和对应于易位时间随聚合物长度的缩放的指数中的最大值的非平凡位置。
2012-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
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
Polymer translocation through a nanopore under an applied external field
我们研究了聚合物在外加电场作用下通过纳米孔的动力学行为，采用了具有单段Monte Carlo移动的二维波动键模型。我们重点研究了场强$E$、链长$N$和孔长$L$对强制移位的影响。作为我们的主要结果，我们发现了一个交叉缩放的易位时间$τ$与链长从$τ\sim N^{2ν}$相对较短的聚合物$τ\sim N^{1 + ν}$较长的链，其中$ν$是弗洛里指数。我们证明，这种交叉是由于改变的易位速度v上的链长的依赖性。对于相对短链的$v \sim N^{- ν}$，其与长链聚合物的$v \sim N^{- 1}$交叉。其原因是随着PDMATHAMN的增加，在孔的出口附近存在高密度的片段，这由于链的缓慢松弛而减慢了易位过程。对于长纳米孔的情况，其中$R_\parallel $，即沿着孔的回转半径$R_{g}$，小于孔长度，我们发现移位时间与链长度没有明显的比例关系。然而，对于大的$N$，渐近缩放$τ\sim N^{1 + ν}$被恢复。在这种情况下，$τ$几乎不依赖于$L$。我们以前已经发现，对于一个聚合物，这是最初放置在中间的孔，有一个最小的逃逸时间为$R_\parallel \approx L$。我们在这里表明，这个最小值持续为弱场$E$，使$EL$小于某个临界值，但消失为大值的$EL$。
2006-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
DNA capture into the ClyA nanopore: diffusion-limited versus reaction-limited processes
生物分子通过纳米孔的捕获和移位是具有潜在的大量应用的过程，因此近年来它们被深入研究。本文的目的是回顾现有的模型的捕获过程中的纳米孔，连同一些最近的实验数据短的单链和双链DNA捕获溶细胞素A（ClyA）纳米孔。ClyA是一种细菌来源的跨膜蛋白，最近通过位点特异性突变进行了工程改造，以允许双链和单链DNA的易位。理论估计和实验之间的比较表明，对于这两种情况下的捕获是一个反应限制的过程。这是证实了所观察到的盐的捕获率的依赖性，我们发现与理论预测的定量协议。
2018-07-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Translocation of a Single Stranded DNA Through a Conformationally Changing Nanopore
我们调查易位的单链DNA通过一个孔之间波动的两种构象，使用耦合的主方程。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数，显示三重峰、双峰或单峰行为，这取决于构象之间的相互转化率、施加的电场和初始条件。的FPT的累积概率函数，在一个无场的环境中，示出有两个制度，其特征在于快速和缓慢的时间尺度。的平均第一次通过时间的易位过程的解析表达式的推导，并提供，除了相互转化率，广泛的易位过程的表征。实验观察的关系进行了讨论。
2004-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Theory of DNA translocation through narrow ion channels and nanopores with charged walls
研究了单链DNA通过带正电荷壁的基因工程$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
Capture and translocation of a rod-like molecule by a nanopore: orientation, charge distribution and hydrodynamics
我们研究易位棒不同的电荷分布，使用混合Langevin动力学和格子玻尔兹曼（LD-LB）模拟。使用$P^3M$算法将静电相互作用添加到系统中以模拟电流体动力相互作用（EHI）。我们首先研究了自由溶液的电泳性能的杆与各种电荷分布。我们的易位模拟结果表明，尽管电场线是对称的，但在捕获和逃逸过程中，序参量是不对称的，而在捕获过程中，电荷分布对棒取向的影响更为显著.捕获/穿线/逃逸时间是在电荷屏蔽、棒取向和电荷分布的综合影响下。我们还表明，杆的平均捕获时间是较短的，当它是在墙壁附近发射，因为杆往往沿着墙壁对齐，因此与当地的场线。值得注意的是，\textit{orientational capture radius}，我们以前提出的均匀带电棒仍然是有效的存在EHI。
2022-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
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
Coarse-grained simulation of polymer translocation through an artificial nanopore
大分子通过纳米孔的移位是一个有趣的过程，在开发用于单分子分析的生物传感器以及药物递送和基因治疗中具有重要应用。我们已经进行了一个分子动力学模拟研究的带电聚合物通过人工纳米孔的电泳易位，以探索基于半导体的纳米孔设备的超快速DNA测序的可行性。该聚合物是由一个简单的珠-弹簧模型，旨在产生一个适当的粗粒度描述的磷酸盐骨架的DNA在无盐的水溶液中。单个易位事件的详细分析，以评估是否可以通过测量聚合物易位过程中的静电势的变化，通过纳米级的场效应晶体管检测到通过孔的个别离子的通道。我们发现，它是可能的，以确定对应于通过孔的抗衡离子的单一事件，但歧视的基础上的静电势的变化的聚合物链上的个别离子是有问题的。在易位过程中的几个不同的阶段被确定，其特征在于在聚合物构象的变化和由波动的电荷分布引起的内部电场的大小和方向的变化。反离子的凝聚分数对Bjerrum长度的依赖性导致聚合物构象的显着变化，这深刻地影响了电泳和易位的动力学。
2003-01-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
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
Driven Polymer Translocation through a Nanopore from a Confining Channel
本文结合朗之万动力学模拟与等通量张力传播理论，研究初始受限在窄通道中的聚合物经纳米孔移位的动力学，揭示移位时间标度随通道宽度和链长的变化规律。
2025-03-08 cond-mat.soft
Polymer translocation through a nanopore - a showcase of anomalous diffusion
在没有外部驱动力的情况下，通过纳米孔的聚合物链的易位动力学分析的尺度参数，分数阶微积分，和计算机模拟。手头的问题是映射到一个一维{ \em异常}扩散过程中的反应坐标$s$（即易位的数量的段在时间$t$），并示出由一个通用的指数$α= 2/(2ν+2-γ_1)$，其值是几乎相同的二维和三维。该过程由{ \em分数}扩散方程描述，该方程在适当的边界和初始条件下在$0 <s < N$区间内精确求解。该解决方案给出了易位时间的概率分布以及随时间的统计矩的变化：$<s(t)>$，和$<s^2(t)> - < s(t)>^2$，提供了完整的描述的扩散过程。的分析结果与来自广泛的蒙特卡罗（MC）模拟的数据的比较揭示了非常好的协议，并证明通过纳米孔的无偏易位的扩散动力学是异常的性质。
2007-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of end-pulled polymer translocation through a nanopore
我们考虑的易位动力学的聚合物链迫使通过纳米孔的外力在其头部单体的反式侧。对于一个适当的理论治疗，我们推广的等通量张力传播（IFTP）理论，包括摩擦所产生的反侧子链。该理论揭示了一个复杂的情况下，多个缩放制度取决于顺式和反式侧子链的配置。在限制的高驱动力$f$，这样的反式子链是强烈拉伸，该理论是在良好的协议与分子动力学模拟，并允许一个精确的解析解的缩放的易位时间$τ$作为链长$N_0$和$f$的函数。在这种情况下，$τ \sim N_0^α f^β$的渐近标度指数为$α=2$和$β=-1$。该理论揭示了由顺式侧子链和孔摩擦引起的显著的校正-缩放项，这导致从下面非常缓慢地接近$α=2$作为增加$N_0$的函数。
2017-08-30 cond-mat.soft
Modulation of current through a nanopore induced by a charged globule: implications for DNA-docking
DNA通过纳米孔的过程可以有效地分解为两个不同的阶段，对接和实际易位。在实验中，每个阶段的特点是一个独特的电流签名，允许歧视的两个事件。然而，在低电压下，失去了两相的明显区别。通过使用数值模拟，我们澄清了与对接事件相关的电流签名如何取决于所施加的电压。模拟结果表明，在低电压下，由于载流子的富集，DNA球提高了孔电导。在高电压下，小球从孔区域排出大量的载流子，从而降低总电导。结果提供了一个新的解释电导的实验数据，并显示如何对接干扰易位信号，测序应用的潜在利益。
2015-07-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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 through a nanopore under a pulling force
我们研究聚合物易位通过纳米孔下的拉力使用Langevin动力学模拟。我们着重研究了链长$N$和拉力$F$对移位时间$τ$的影响。对于强$F$，$τ$的分布是对称的和窄的。我们发现中度和重度$F$的$τ\sim N^{2}$和易位速度$v\sim N^{-1}$。对于无限宽的孔，观察到$τ$作为$F$的函数的三种状态。随着$F$的增加，对于弱$F$，$τ$独立于$F$，然后对于中等$F$，$τ\sim F^{-2+ν^{-1}}$独立于$F$，其中$ν$是Flory指数，对于强力，它最终与$τ\sim F^{-1}$交叉。对于窄孔，甚至对于中等力的$τ\sim F^{-1}$。最后，单体$s$和单体$s+1$离开孔的等待时间对于接近链末端的$s$具有最大值，这与聚合物在孔内由外力驱动的情况相反。
2007-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven polymer translocation through a nanopore: a manifestation of anomalous diffusion
我们研究了外力作用下聚合物链穿过纳米孔的易位动力学。通过不同的方法（标度参数，分数阶微积分和蒙特卡罗模拟），我们表明，相关的动态变量，移位的片段数$s(t)$，显示{ \em异常}扩散行为，即使在{ \em存在}的外力。易位过程的异常动力学由相同的普适指数$α= 2/(2ν+2 - γ_1)$控制，其中$ν$是Flory指数，而$γ_1$是表面指数，这是最近针对非驱动聚合物链穿过纳米孔的情况建立的。由相关的{ \em分数}福克-普朗克方程推导出概率分布函数$W(s, t)$的封闭解析表达式，该表达式由聚合物链长$N$和所施加的拖曳力$f$表示.发现平均易位时间标度为$τ\propto f^{-1}N^{\frac{2}α -1}$。此外，相应的时间相关的统计矩，$< s(t) > \propto t^α$和$< s(t)^2 > \propto t^{2α}$明确揭示了易位动力学的异常性质，并允许在实验中直接测量$α$。这些研究结果进行了测试，发现是在完美的协议与广泛的蒙特卡罗（MC）模拟。
2007-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
