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
Driven translocation of a flexible polymer through an interacting conical pore
我们使用Langevin动力学模拟研究了柔性聚合物通过相互作用的锥形孔的驱动易位。我们发现，对于一个固定值的外力和孔聚合物的相互作用强度，在孔内的单体的平均停留时间显示出非单调的变化与孔顶角$α$。我们解释这种行为使用自由能参数明确占孔聚合物的相互作用和外部驱动。我们的理论观察证实了模拟结果的平均易位时间的孔聚合物的相互作用和外部驱动力的变化。
2021-02-16 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
Active polymer translocation through flickering pores
利用Langevin动力学模拟研究了均聚物在驱动力作用下通过活性通道的单列移位。它示出的粘性壁和振荡宽度的通道可以导致显着更有效的易位相比，静态通道，具有等于振荡孔的平均宽度的宽度。易位的增益表现出对孔的粘性的强烈依赖性，这可以允许聚合物易位过程是高度选择性的。
2011-11-28 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
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
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
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
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
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
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
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
Polymer translocation through extended patterned pores in two dimensions: scaling of the total translocation time
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali（印度科学教育研究所穆哈里分校）；National Centre for Biological Sciences-TIFR（国家生物科学中心-塔塔基础研究所）
本研究通过分子动力学模拟揭示了二维扩展图案化孔道中聚合物穿出时间的标度关系，发现穿出时间与链长和孔道长度的非线性关系。
2026-02-10 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 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 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
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
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
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 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
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
Dielectric manipulation of polymer translocation dynamics in engineered membrane nanopores
通过膜工程技术如碳纳米管（CNT）涂层改变介电膜的性质为用于生物传感目的的新型分子传输策略开辟了道路。在这篇文章中，我们预测的大分子运输机制，使介电操纵的聚合物易位动力学在介电膜孔限制混合电解质。在巨介电常数制度的这些工程膜受吸引力的极化力，多价离子吸附的膜纳米孔触发一价离子分离，并设置一个电渗透逆流。由该流动施加的拖曳力足够强以抑制和反转阴离子聚合物的电泳速度，并且还产生中性聚合物的迁移率，其速度和方向可以仅通过所添加的多价离子的电荷和浓度来调节。这些特征将介电产生的传输机制识别为驱动不能由外部电压控制的总体中性或弱电荷分析物的有效手段。我们还发现，在阴离子聚合物易位，多价阳离子加入到一价盐溶液放大了电流信号的几个因素。信号放大是由静电多体相互作用用具有更高电迁移率的多价阳离子取代单价聚合物反离子引起的。这种电动电荷鉴别的强度指出了多价离子作为电流放大器的潜力，其能够在基于纳米孔的生物传感技术中提供提高的分辨率。
2021-12-15 cond-mat.soft
Polymer Translocation Induced by a Bad Solvent
我们采用3D Langevin动力学模拟来研究在不对称溶剂条件下聚合物链通过纳米孔移位的动力学。最初，大部分链（$>$ 50%）被置于良溶剂中的\textit{cis}侧，而$trans$链段被置于不良溶剂中，这导致链塌陷并促进从$cis$向$trans$侧的移位。特别是，我们研究了棘轮效应的小球形成在\textit{trans}侧创建的易位的部分，以及这种棘轮驱动系统向更快的易位。不像在无偏或外部强制易位的平均首次通过时间$\langle τ\rangle $的情况下，其特征在于通常由代数缩放作为一个函数的链长$N$与一个单一的标度指数$α$，和直方图的平均首次通过时间$P(τ/\langleτ\rangle)$表现出缩放，我们发现，缩放是没有很好地遵守。对于相对长的链，我们发现$\langle τ\rangle \sim N^α$，其中$α\approx 1$为$\varepsilon/k_{B}T > 1$。在这个极限下，我们还发现，易位进行与一个几乎恒定的速度的个别珠（单体），这是由于卷曲的小球。我们提供了一个近似的理论，假设旋转运动限制在一个2D的磁盘上，以证明有一个交叉的扩散行为的质量中心的短链到一个单一的文件易位的长链，其中的平均易位时间与链长$N$线性缩放。
2010-06-08 cond-mat.soft
Reply to the Comment on "Passage Times for Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore"
理论推导和数值验证提供了缩放的孔阻塞时间为$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$作为Flory指数的聚合物。聚合物执行劳斯动力学。
2007-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven Polymer Translocation through a Nanopore from a Confining Channel
本文结合朗之万动力学模拟与等通量张力传播理论，研究初始受限在窄通道中的聚合物经纳米孔移位的动力学，揭示移位时间标度随通道宽度和链长的变化规律。
2025-03-08 cond-mat.soft
Markovian Description of Unbiased Polymer Translocation
我们执行，云计算资源的帮助下，广泛的Langevin模拟，提供了令人信服的证据，有利于一般的马尔可夫框架无偏聚合物易位。我们的统计分析包括仔细评估（i）两点关联函数的易位坐标和（ii）的经验概率的完整的聚合物易位（作为一个函数的初始数目的单体在膜的给定侧）。我们发现很好的协议来自马尔可夫链的方法最近在文献中提出的作者的预测。
2012-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of Inhomogeneity in Translocation of Polymers through Nanopores
从理论上讨论了具有非均匀结构的聚合物在纳米孔中的运动。具体而言，我们认为易位动力学的聚合物组成的双链和单链块。由于只有单链链可以穿过纳米孔，因此双链区段必须在移位之前解压缩。利用一个简单的分析模型，易位时间明确计算不同的聚合物取向，即，当单链嵌段首先进入孔时和当双链片段是前导片段时。分析了易位动力学与外场、双链链段相互作用能、聚合物尺寸和双链单体比例的关系。研究发现，进入孔隙的顺序对迁移动力学有显著影响。使用自由能景观参数的理论结果进行了讨论。
2006-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of charge distribution on the translocation of an inhomogeneously charged polymer through a nanopore
我们利用离散和连续的随机模型研究了电压驱动的不均匀带电聚合物通过纳米孔的易位。作为电荷分布对移位影响的简化说明，我们考虑了具有单个带电位点的聚合物在电荷和孔之间存在和不存在相互作用的情况下的移位。我们发现，在没有孔-聚合物相互作用的情况下，最大限度地减少易位时间的电荷的位置是由易位的熵成本决定的，最佳电荷位置是在棒状聚合物的链的中点，接近理想链的前导链端。有吸引力或排斥性的孔-电荷相互作用的存在下产生的最佳电荷的位置朝向链的尾端和前端的位移，分别。此外，我们的研究结果表明，强大的吸引力或排斥力之间的相互作用的电荷和孔延长易位时间相对于易位通过一个惰性孔。我们推广我们的结果，以适应存在多个带电的网站上的聚合物。我们的研究结果提供了深入了解电荷的不均匀性对蛋白质易位通过生物膜的影响。
2007-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of end-pulled polymer translocation through a nanopore
我们考虑的易位动力学的聚合物链迫使通过纳米孔的外力在其头部单体的反式侧。对于一个适当的理论治疗，我们推广的等通量张力传播（IFTP）理论，包括摩擦所产生的反侧子链。该理论揭示了一个复杂的情况下，多个缩放制度取决于顺式和反式侧子链的配置。在限制的高驱动力$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$的函数。
2017-08-30 cond-mat.soft
Free Energy and Diffusivity in the Fokker-Planck Theory of Polymer Translocation
研究通过元动力学模拟和经典兰格-恩动力学模拟，探讨了聚合物穿出纳米孔的自由能景观和扩散性，发现扩散性指数β偏离胡斯理论预测。
2025-11-29 cond-mat.soft
Driven polymer translocation through nanopores: slow versus fast dynamics
我们调查的动力学聚合物易位通过纳米孔外部驱动下的三维Langevin动力学模拟，侧重于缩放的平均易位时间$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$大小的争议。
2009-11-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of interaction between nanopore and polymer on translocation time
本文利用LAMMPS分子动力学（MD）软件，对聚合物的迁移过程进行了二维模拟.我们对弱力和中等力以及不同的孔径进行了模拟。我们的结果表明，在非平衡和平衡的初始条件下，易位时间总是增加结合能和/或增加孔径。此外，根据前人的研究，时间与力的标度指数为-0.9531。通过对平衡态和非平衡态初始条件的比较表明，迁移时间对初始条件非常敏感。在相互作用能为8k_B T时，弛豫聚合物的迁移时间比非平衡态的迁移时间小，即使在1k_B T的小能量下也是如此。
2018-04-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
Nonequilibrium dynamics of polymer translocation: a mean-field model
我们分析了动力学的聚合物易位在强有力的政权通过重铸的问题求解微分方程与移动吸收边界。对于总移位时间$τ_{\rm tr}$，我们的简单平均场模型预测$τ_{\rm tr}\sim$（单体数）$^{1.5}$，这与以前的模拟结果中发现的指数一致。我们的模型还预测了复杂的依赖关系的$τ_{\rm tr}$上的拉力和温度的变化。
2007-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Driven translocation of a semi-flexible polymer through a nanopore
我们研究了驱动易位的半柔性聚合物通过纳米孔的等通量张力传播理论（IFTP）的修改后的版本，和广泛的分子动力学（MD）模拟。我们表明，在完全灵活的链，对于半灵活的聚合物具有有限的持久性长度$\tilde{\ell}_p$的{ \it反}侧摩擦必须明确考虑到适当地描述易位过程。此外，必须知道端到端距离$R_N$作为链长$N$的函数的比例。为此，我们首先推导出一个半解析尺度形式的$R_N$，它再现了限制的杆，一个理想的链，并排除体积链在适当的限制。然后，我们定量表征的性质的{ \it反}侧摩擦的基础上MD模拟半柔性链。增加这两个因素，修改IFTP理论表明，有三个主要制度的平均易位时间$τ\propto N^α$的缩放。在刚性链（杆）极限$N/\tilde{\ell}_p \ll 1$中，{ $α= 2$ }，其在$ 1 < N/\tilde{\ell}_p < 4$状态中连续地向具有{ $α= 3/2$ }的理想链行为跨越，其在$N/\tilde{\ell}_p \sim 10^2$状态中达到。最后，在极限$N/\tilde{\ell}_p \gg 10^6$中，移位指数接近其渐进值$1+ν$，其中$ν$是Flory指数。我们的结果是在良好的协议与现有的模拟和实验数据。
2016-12-27 cond-mat.soft
Length-dependent translocation of polymers through nanochannels
我们考虑流动驱动的单聚合物链通过纳米通道的易位。使用基于de Gennes blob模型的解析计算和介观数值模拟，我们估计了不同数目的单体链的易位的阈值通量。链的易位是由熵和流体动力学效应之间的竞争控制的，这为链设置了一个临界穿透长度，然后才能易位通过通道。我们表明，聚合物显示出两种不同的易位制度，这取决于它们的限制下的长度相比，临界穿透长度。对于长于阈值的聚合物链，移位过程对链中单体的数目不敏感，如Sakaue { \it et al.}中所预测的，{ \it欧元。Phys. Lett.}，{ \bf 72} 83（2005）。然而，对于短于临界长度的链，我们发现易位过程强烈依赖于链的长度。我们讨论了我们的研究结果的生物运输的可能相关性。
2011-10-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
