Effect of salt concentration on the stability of heterogeneous DNA
研究了阳离子对双链DNA（dsDNA）分子稳定性的影响。溶液中盐形式的阳离子充当屏蔽剂，从而减少这些链之间的排斥。我们研究了几种异质DNA分子。本文采用Peyrard-Bishop-Dauxois（PBD）模型计算了DNA分子在热力学系综和力系综中的相图。解离能和堆积能是影响DNA稳定性的两个最重要的因素。适当的修改模型参数，我们调查阳离子浓度对不同的异质性DNA分子的稳定性的作用。这项工作的目的是了解这些阳离子如何修改不同的对或沿链的碱基的强度。力系综的情况下（dsDNA是从一端拉）的相图与实验结果进行了比较。
2015-09-28 cond-mat.soft
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
Manning free counterions fraction for a rod-like polyion - short DNA fragments in very low salt
我们定量的曼宁自由（未凝聚）抗衡离子馏分$θ$的稀释溶液的棒状聚离子-150 bp的DNA片段，在非常低的盐$<0.05$毫米。电导率测量的DNA水溶液中的浓度范围$0.015\leq c \leq 8$毫米（bp）的DNA聚离子扩散系数$D_p(c)$的荧光相关光谱（FCS）测量的补充。我们观察到归一化电导率$σ(c)/c$的交叉，其在$c=0.05-1$ mM范围内几乎减半，而$D_p(c)$保持相当恒定，正如我们通过FCS建立的。通过对这些数据的分析，提取了$θ(c)=0.30 - 0.45$，并考虑了曼宁不对称场对电导率的影响，得到了$θ(c)=0.40-0.60$。我们将$θ(c)$变异与在极低盐环境中发生的DNA逐渐变性以及DNA浓度本身的降低联系起来。实验$θ(c)$范围的极值出现在最高（高于1 mM）和最低（低于0.05 mM）DNA浓度附近，分别对应于dsDNA和ssDNA的理论$θ$值。因此，我们确认曼宁凝聚和电导率模型是有价值的描述棒状聚离子的稀溶液。
2011-01-05 cond-mat.soft
Dielectric relaxation of DNA aqueous solutions
我们报告的复杂介电响应的Na-DNA水溶液的低频介电谱（40 Hz - 110 MHz）的详细表征。结果表明，在0.5kHz <ν_LF<70 kHz和0.1MHz <ν_HF<15 MHz处存在强度分别为20<Δε_LF<100和5<Δε_HF<20的两个宽弛豫模式。LF过程的特征长度尺度为50<L_LF<750 nm，与DNA浓度成比例为c_DNA^{-0.29 \pm 0.04}，并且在低添加盐状态下与离子强度无关。相反，LF过程的测量长度尺度不随DNA浓度而变化，而是取决于在高添加盐状态下添加盐的离子强度，如I_s^{-1}。另一方面，HF过程的特征长度尺度3<L_HF<50 nm，随DNA浓度的变化而变化，对于中等浓度和大浓度的DNA，c_DNA为~（-0.5）。在低DNA浓度和低添加盐限制下，HF过程的特征长度标度为c_DNA^{-0.33}。我们把这些结果的角度来看，在低盐条件下的DNA的双链形式的完整性，以及关于不同类型的抗衡离子在不同制度的介电色散的作用。我们认为，游离的DNA抗衡离子主要活跃在HF松弛，而凝聚的抗衡离子只在LF松弛中发挥作用。我们还建议在整个制度的DNA和盐浓度的所有这些长度尺度的理论解释，并讨论其后果和局限性。
2006-12-12 cond-mat.soft
Ion assisted structural collapse of a single stranded DNA: a molecular dynamics approach
带负电荷的核酸的结构和动力学与带相反电荷的抗衡离子的浓度和电荷密切相关。众所周知，DNA的结构崩溃在额外的盐的存在下是有利的，额外的盐是过量的带相反电荷的离子的来源。在这样的条件下，单链DNA采用折叠的卷曲样构象，通常以堆叠碱基对为特征。使用原子分子动力学模拟，我们证明，在额外的二价盐（MgCl 2）的存在下，单链DNA（Dickerson德鲁十二聚体）最初崩溃，然后扩大随着盐浓度的增加。这是由于过充电诱导的DNA链溶胀，这是较高二价盐浓度下的主导因素。简而言之，我们的模拟显示了在二价盐的存在下，非顺序碱基堆积和过度充电如何与单价盐不同地竞争和影响单链DNA动力学。
2015-08-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Attraction between DNA molecules mediated by multivalent ions
两个平行的DNA分子之间的有效力计算为它们的相互分离的函数，为不同的反离子和盐离子的化合价和不同的盐浓度。使用原始模型的计算机模拟，并使用不同的几何形状精确地模拟DNA分子的形状。我们发现，多价离子诱导DNA分子之间的吸引力，其强度可以通过调整的平均价的离子。引力的物理起源可以追溯到静电或熵的贡献。对于多价反离子和单价盐离子，我们发现盐诱导的稳定化效应：力是第一吸引力，但得到排斥盐浓度的增加。此外，我们表明，多价离子诱导的吸引力并不一定与DNA过充电。
2003-11-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Short-fragment Na-DNA dilute aqueous solutions: fundamental length scales and screening
介电谱是用来调查基本长度尺度的146 bp的短片段（核小体）稀释的Na-DNA溶液。检测到两种松弛模式：高频模式和低频模式。依赖于相应的长度尺度上的DNA和（单价）盐浓度的详细研究，是从长的情况下，基因组DNA，以前调查不同。在低盐体系中，高频模式的长度尺度与DNA间的平均间距成比例，但其绝对值较小，而低频模式的长度尺度与DNA的轮廓长度成比例。这些基本的长度尺度在低添加的盐制度不依赖于DNA是在双链或单链形式。另一方面，随着添加盐的增加，低频模式的特征长度尺度在低DNA浓度下减小，这可能是由于在DNA变性阈值附近动态形成变性气泡和/或磨损。
2008-01-31 cond-mat.soft
Grand-canonical simulation of DNA condensation with two salts, affect of divalent counterion size
用广义巨正则Monte-Carlo方法研究了二价反离子介导的DNA-$-$-DNA相互作用问题。研究了二价离子的大小对DNA束凝聚行为的影响。在实验上，已知多价反离子对DNA缩合现象具有强烈的影响。虽然三价和四价抗衡离子显示出容易将溶液中的游离DNA分子凝聚成环形束，但二价抗衡离子的情况并不清楚。一些二价抗衡离子如Mg $^{+2}$不能使溶液中的游离DNA分子凝聚，而一些二价抗衡离子如Mn $^{+2}$可使游离DNA分子凝聚成无序束。在二维体系或病毒衣壳内等限制性环境中，Mg $^{+2}$对它们有很强的凝聚作用，但不同体系、不同离子的凝聚作用有质的差异。有人认为，二价抗衡离子可以诱导DNA分子之间的吸引力，但吸引力的强度不足以凝聚溶液中的游离DNA。然而，如果DNA的组态熵是有限的，这些吸引力足以引起可观的影响。不同二价盐之间的差异可能是由于二价抗衡离子的水合作用。在本文中，我们试图理解这种变化使用一个非常简单的参数，二价抗衡离子的大小。我们调查如何二价抗衡离子与不同的大小可以导致不同的定性行为的DNA缩合在受限的环境。此外，还详细介绍了一种模拟含两种不同盐体系的巨正则Monte-Carlo方法。
2016-02-13 cond-mat.soft q-bio.BM
Introducing Improved Structural Properties and Salt Dependence into a Coarse-Grained Model of DNA
我们介绍了一个扩展版本的oxDNA，一个粗粒度的DNA模型，旨在捕捉单链和双链DNA的热力学，结构和机械性能。通过包括明确的主要和次要的凹槽，并通过稍微修改的同轴堆叠和骨干骨干的相互作用，我们提高了处理大的模型的能力（酶对）结构，如DNA折纸，这是敏感的这些几何特征。此外，我们扩展的模型，这是以前参数化的盐浓度（[Na $^+$ ]= 0.5 M），使其可以用于一系列的盐浓度，包括那些相应的生理条件。最后，我们使用新的实验数据来参数化oxDNA潜力，使得连续的腺嘌呤碱基以不同的强度堆叠到连续的胸腺嘧啶碱基，这一特征允许更准确地处理单链区域的灵活性很重要的系统。我们说明了新的可能性开辟了更新的模型，oxDNA2，提出的结果，从模拟的结构大的DNA对象，并通过使用该模型来调查一些盐依赖性的DNA。
2015-05-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Surface charges effects on the 2D conformation of supercoiled DNA
我们将质粒PuC19 DNA吸附在支持的双层膜上。脂质在双层内的流动性确保了DNA分子的2D平衡。通过改变膜中阳离子脂质的比例，我们调整了表面电荷。用原子力显微镜（AFM）对等离子体的构象进行了成像，我们进行了两组实验：无盐溶液在带电双层膜上的沉积和盐溶液在中性双层膜上的沉积。根据实验条件的不同，质体可以被看作是环，完全开放的结构，或紧密超螺旋的plectonemes。plectonemic构象观察到的带电表面（在盐的情况下）或在30 mM的盐浓度的中性双层。我们证明了通过移动界面电荷进行表面屏蔽和通过盐离子进行体屏蔽的等效性。
2012-05-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Why is the condensed phase of DNA preferred at higher temperature? DNA compaction in the presence of a multivalent cation
当加入多价阳离子时，一个巨大的DNA链表现出从伸长的螺旋到折叠的紧凑状态的大的离散转变。我们在四价阳离子（精胺）的存在下，在各种温度和单价盐浓度下进行长DNA的单链观察。我们证实，在较高的温度和较低的一价盐浓度下，紧凑的状态是优选的。这一结果被解释为由于高价和低价离子之间的离子交换，小离子的净平移熵增加。
2004-11-01 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
Overcharging of DNA in the presence of salt: Theory and Simulation
研究了一种浸入一价或二价电解质中的棒状分子模型。对非均匀带电流体，将超网链/平均球近似（HNC/MSA）理论的计算结果与分子动力学（MD）模拟结果进行了比较。作为一个特定的情况下，将DNA分子的参数映射到DNA分子的参数。一个很好的定性，在某些情况下，定量，协议之间的HNC/MSA和MD被发现。无论是，HNC/MSA和MD，预测发生过充电，这是不存在的泊松-玻尔兹曼理论。平均静电势和局部浓度分布，$ζ$ -电位和电荷分布函数，并讨论所观察到的过充电效应。特别有趣的结果是一个非常非单调的行为的$ζ$ -电位，作为一个函数的杆电荷密度，和过充电的{ \em单价}抗衡离子。
2003-03-31 cond-mat.soft
Free Energies by Thermodynamic Integration Relative to an Exact Solution, Used to Find the Handedness-Switching Salt Concentration for DNA
自由能差的集合对于寻找化学反应的平衡是有用的，而绝对自由能几乎没有物理意义。然而，在某些重要的情况下，通过减去它们的绝对自由能来找到两个宏观态之间的相对自由能是一个有价值的策略。我们目前的绝对自由能的生物分子的计算，使用众所周知的爱因斯坦分子的方法（用于治疗溶质）与最近的起源计算液体的自由能（治疗溶剂和抗衡离子）的概念相关的方法相结合。该方法是基于热力学积分从一个详细的原子模型，这是简化的，但解析可解的，从而给绝对自由能的易处理的模型加上一个校正项数值。给出了一个例子计算相对于盐浓度的B-和Z-异构体的全原子双链DNA在明确的溶剂和抗衡离子的自由能。以前所未有的精度发现共存盐浓度。
2012-11-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translocation frequency of double-stranded DNA through a solid-state nanopore
固态纳米孔是单分子传感器，当带电聚合物（如DNA）通过时，其测量离子电流的变化。在这里，我们提出了全面的实验上的长度，电压和盐的依赖性的双链DNA易位的频率通过圆锥形的石英纳米孔与平均开口直径为15 nm。我们观察到一个熵垒有限的，长度依赖的易位频率在4M氯化锂盐浓度和漂移为主，长度无关的易位频率在1M氯化钾盐浓度。这些观测结果描述了一个统一的对流扩散方程，其中包括一个熵的聚合物进入障碍的贡献。
2016-01-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Influence of ionic conditions on knotting in a coarse-grained model for DNA
本文利用蒙特卡罗模拟研究了DNA的Kratky-Porod粗粒模型中双链DNA长链的打结概率。通过调节单体的有效直径来实现各种离子条件。我们发现，在DNA中的结的发生可以大大加强高盐条件和板之间的限制。同样，在低盐情况下，结几乎可以完全溶解。与最近的实验比较证实，粗粒度模型是能够捕捉和定量预测的DNA的拓扑特征，并可用于指导未来的DNA结的实验。
2022-12-23 cond-mat.soft
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
Modeling the Current Modulation of Bundled DNA Structures in Nanopores
我们研究了盐依赖的电流调制成束的DNA纳米结构在纳米孔。为此，我们开发了四个模拟模型的2x2折纸结构的细节水平不断提高：从平均场水平的DNA结构的全原子表示。我们观察到一个一致的孔隙电导率作为盐浓度的函数为所有四个模型。然而，我们的数据比较最近的实验研究类似的系统显示显着的偏差。我们讨论了可能的原因的差异，并提出扩展我们的模型，为今后的调查。
2020-11-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
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
Ionic Liquid-Driven Modulation of DNA Brush Morphology on Nanoparticle Surfaces
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Science（印度科学研究所）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
本研究探讨了离子液体对纳米颗粒表面DNA刷形态的调控作用，揭示了静电与沟槽结合相互作用在DNA链形态调控中的协同作用。
2026-03-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dependence of DNA persistence length on ionic strength of solutions with monovalent and divalent salts: a joint theory-experiment study
使用高通量系留粒子运动单分子实验，在具有不同离子强度$I$的Na $^+$和Mg $^{2+}$离子的溶液中测量双链DNA持续长度$L_p$。$L_p(I)$的几个理论方程与实验数据相拟合，但没有发现适合两种离子价态的所有$L_p$值的决定性理论。适当提取的粒子轨迹使用模拟，$L_p$变化从30纳米到55纳米，并与以前的实验结果进行了比较。对于Na $^+$唯一的情况下，$L_p$是一个递增的凹函数的$I^{-1}$，很好地拟合曼宁的静电拉伸方法，但不是经典的Odjik-Skolnick-Fixman理论与或没有反离子凝聚。随着加入镁$^{2+}$离子，$L_p$显示出显着的下降，在低$I$，解释为离子-离子相关效应，在$I^{-1}$几乎线性的法律，拟合提出的变分方法。
2015-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanical properties of DNA and DNA nanostructures: comparison of atomistic, martini and oxDNA
小DNA的柔性和刚性在从几个生物物理过程到纳米技术应用的范围内发挥着重要作用。在这里，我们估计的机械性能的短双链DNA（dsDNA）的长度范围从12个碱基对（bps）到56个碱基对，paranemic交叉（PX）的DNA，和六边形的DNA纳米管（DNT）使用两个广泛使用的粗颗粒模型$-$马提尼和oxDNA。为了计算dsDNA的持久长度（$L_p$）和拉伸模量（$γ$），我们采用蠕虫状链和弹性杆模型，而对于DNT，我们采用我们以前开发的理论框架.我们比较和对比所有的结果与以前报道的全原子分子动力学（MD）模拟和实验结果。dsDNA的力学性质（$L_p$ $\sim$ 50 nm，$γ\sim$ 800-1500 pN），PX DNA（$γ\sim$ 1600-2000 pN）和DNT（$L_p \sim 1-10\ μ$ m，$γ\sim$ 6000-8000 pN）与全原子分子量和实验值非常一致，而刚性弹性网络Martini再现较高数量级的$L_p$和$γ$值。在我们的计算中也描绘了小dsDNA的高柔性。然而，Martini模型被证明不足以捕捉盐浓度对机械性能的影响，随着盐摩尔浓度的增加。OxDNA捕获盐浓度对小dsDNA力学的影响。但它被发现是无效的再现盐依赖性的DNT的机械性能。此外，与Martini不同的是，从oxDNA模型的时间演化的PX DNA和DNT结构与全原子MD模拟…
2021-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
C-A test of DNA force fields
DNA双链体可以在与蛋白质的复合物中局部强烈弯曲，例如与聚合酶或在核小体中。在这种弯曲处，DNA螺旋局部处于非典型形式A（具有狭窄的大沟和大量的north糖）或C（具有狭窄的小沟和大量的BII磷酸盐）。为了通过分子动力学方法模拟这种复合物的形成，需要力场来再现裸DNA的这些构象转变。我们分析了现有的实验数据的B-C和B-A转换的条件下容易实现的建模：在NaCl水溶液中。我们选择了六个DNA双链体，其在不同盐浓度下的构象是足够可靠的。在低盐浓度下，聚（GC）和聚（A）分别为B-型、经典型和略微向A-型转变。双链体ATAT和GGTATACC对A型具有强的盐浓度依赖性偏好。聚合物聚（AC）和聚（G）在高盐浓度下分别呈C-和A-形式。这些低聚物的行为的再现可以用作DNA力场中糖-磷酸骨架的碱基堆积和构象灵活性之间相互作用的平衡的测试。我们测试了AMBER bsc 1和CHARMM 36力场以及它们的混合体，我们未能重现实验。在所有力场中，盐浓度依赖性都很弱。琥珀力场的亲B性被证明是由于其超强的碱基堆积的亲B性。在CHARMM力场中，B型是亲A碱基堆积（特别是G：C对）和亲C骨架之间脆弱平衡的结果。最后，我们分析了最近的一些模拟的LacI-，SOX-4-，和Sac 7 d-DNA复合物的形成的框架下的琥珀力场。
2022-11-19 cond-mat.soft physics.comp-ph q-bio.BM
dsDNA persistence length with divalent ions
本研究使用系留粒子运动技术测量双链DNA在单价和二价盐下的持久长度，验证了Trizac和Shen提出的理论公式，发现镁离子的位点特异性结合导致拟合DNA半径小于几何半径。
2023-06-26 cond-mat.soft 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
Structure and dynamics of hyaluronic acid semidilute solutions: a dielectric spectroscopy study
利用介电谱研究了透明质酸钠半稀溶液的基本长度尺度。在无盐制度下，在MHz范围内检测到的弛豫模式的长度尺度与HA浓度为$c_\mathrm{HA}^{-0.5}$，并对应于de Gennes-Pfeuty-Dobrynin相关长度的聚电解质在半稀溶液。对于长的基因组DNA的情况，观察到相同的缩放。相反，在kHz范围内检测到的模式的长度尺度也随着HA浓度而变化，如$c_\mathrm{HA}^{-0.5}$，其不同于DNA的情况（$c_\mathrm{DNA}^{-0.25}$）。观察到的行为表明，在kHz范围内的弛豫揭示了de Gennes-Dobrynin重整化德拜屏蔽长度，而不是链的平均尺寸，作为相关的长度尺度。类似地，随着添加的盐的增加，观察到静电对HA持久长度的贡献与德拜长度成比例，与在DNA的情况下观察到的Odijk-Skolnick-Fixman静电持久长度相关的比例相反。我们认为，所观察到的kHz范围松弛的功能是由于弱得多的静电相互作用，导致没有曼宁缩合以及相当高的灵活性的HA相比，DNA。
2010-05-17 cond-mat.soft
Cooperation and competition of basepairing and electrostatic interactions in mixtures of DNA nanostars and polylysine
University of Southern California（南加州大学）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；New York University（纽约大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过实验与理论结合，探讨了DNA纳米星与聚赖氨酸在不同温度、盐浓度和组成下的相行为，发现静电和碱基配对相互作用在高盐浓度和温度下协同稳定共凝聚，形成多相共存。
2026-05-12 cond-mat.soft q-bio.BM
Torque determination on DNA with magnetic tweezers
我们推导出扭矩施加在一个单一的拉伸和扭曲的DNA整合相对于力的变化，在分子的延伸，因为它是卷曲。虽然与先前在高力（F> 1pN）下的扭矩的直接测量一致，但是该方法简单并且不需要复杂的设置，允许较低的力估计。我们用这种方法推导出的DNA的有效扭转模量，这与力和估计的屈曲扭矩的DNA作为力的函数在各种盐条件下。
2008-09-03 cond-mat.soft
Physical Questions Posed by DNA Condensation
当将多价盐加入稀释的DNA溶液中时，DNA链凝聚成明确尺寸的束。我们探索了由这种现象引发的两个物理问题：高度带负电荷的DNA链之间吸引力相互作用的起源，导致它们聚集成束，以及证明束不会无限大的机制。
2000-03-09 cond-mat.soft q-bio
Structure and stimuli-responsiveness of all-DNA dendrimers: theory and experiment
我们提出了一个全面的理论和实验研究的溶液相性质的DNA为基础的家庭的纳米粒子-树状聚合物样DNA分子（DL-DNA）。这些带电荷的DNA树枝状聚合物是新型的大分子聚集体，在本体和界面处的软物质系统的靶向自组装中具有很高的前景。为了描述这个家族的树枝状聚合物的行为（世代范围从G1到G7），我们使用了一个理论模型，其中单个DL-DNA分子的碱基对由带电单体建模，其相互作用被选择为正确地模拟DNA的平衡性质。DL-DNA的大小和构象的实验结果是基于静态和1动态光散射;同时，分子动力学模拟被用来模拟DL-DNA的平衡性质，这与实验结果相比是有利的，同时提供了大量的额外信息和洞察的纳米结构的分子结构。我们还研究了这些大分子的盐响应性，发现尽管静电相互作用的强屏蔽，所带来的添加的盐，大分子收缩只有轻微的，其大小的鲁棒性源于高的抗弯刚度的DNA片段。这些带电的树枝状聚合物系统的研究是软物质领域中的一个重要研究领域，因为它们对于各种跨学科应用的潜在作用，范围从用于在活生物体中递送药物的分子笼和载体到纳米技术领域中的树枝状聚合物和树枝状聚合物基超薄膜的开发。这些发现是必不可少的，以确定是否DL-DNA是一个可行的候选人的实验实现集群晶体的散装，一种新的形式的固体与多个站点占用。
2018-06-19 cond-mat.soft
The SIRAH force-field and interactions between short DNA duplexes
近年来，短DNA双链体作为一种有趣的自组装系统和基于DNA的纳米技术的构建模块而被研究。用于确定短双链体的完整相图的数值模拟研究需要作为输入成分的简化但可靠的力场，该力场能够捕获双链体相互作用的主要特征。我们使用粗粒度SIRAH力场在隐式溶剂近似下研究了两个短双链DNA之间的相互作用作为相对位置和方向以及盐浓度的函数，在8和20个碱基对的情况下。我们讨论了我们的研究，以确定新的简单，但定性可靠的模型潜力的后果。
2022-02-23 cond-mat.soft
Rheology of Semi-dilute Solutions of Calf-thymus DNA
我们研究了小牛胸腺DNA钠盐半稀溶液在线性和非线性范围内的流变性。频率响应数据可以很好地拟合具有两个主要弛豫时间$τ_{\circ}$和$τ_{1}$的混合模型。当温度从20 $^{\circ}$ ℃变化到30 $^{\circ}$ ℃时，可以看出比率$\frac{τ_{\circ}}{τ_{1}} \sim$ 5相当恒定。粘度的剪切速率依赖性可以拟合Carreau模型。
2000-12-25 cond-mat.soft q-bio
Stacking correlation length in single-stranded DNA
本研究利用光镊对短嘌呤序列进行解链实验并提出螺旋-线圈模型，测量了单链DNA的堆积能与相关长度，发现双螺旋稳定性主要源于碱基堆积。
2024-11-17 cond-mat.soft
Cooperativity-Dependent Folding of Single-Stranded DNA
生物大分子的折叠是一个基本的过程，我们缺乏充分的理解。主要在蛋白质和RNA中研究，单链DNA（ssDNA）也在生理盐条件下通过形成难以用生物物理技术表征的非特异性二级结构折叠。在这里，我们提出了一个螺旋线圈模型的二级结构的形成，ssDNA碱基组织在两种不同类型的域（紧凑和自由）。该模型包含两个参数：在一个紧凑的域，$ε$，每个基地的能量增益和协同相关的不同域之间的界面能，$γ$。我们测试了该模型的能力，以量化的ssDNA分子的二级结构的形成与光学镊子机械拉伸。该模型再现了不同分子长度和不同钠和镁浓度的ssDNA的实验力-延伸曲线。盐校正效应的能量紧凑的结构域和界面能被发现是兼容的DNA杂交。该模型还预测了折叠自由能和平均尺寸的域在零力，找到良好的协议与二级结构的预测Mfold。我们设想该模型可以进一步扩展到研究RNA和蛋白质中的天然折叠。
2021-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A Numerical Investigation of Analyte Size Effects in Nanopore Sensing Systems
我们通过数值求解理想模型的电动平均场方程来研究DNA纳米孔易位设置中的离子电流调制。具体而言，我们研究的离子电流的依赖性上的相对长度的易位分子。我们的模拟表明，在低盐浓度下，DNA分子的离子电流比孔短得多。这些效应可以归因于离子云沿着DNA的极化，其导致相反的电偶极子场。我们的研究结果为DNA发光的无限孔模型和各种大小的DNA复合物的实验数据之间观察到的差异。
2021-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Coarse-grained simulations of DNA overstretching
我们使用最近开发的粗粒度模型来模拟双链DNA的过度拉伸。在23 ℃下的过拉伸在模型中发生在74 pN处，比在等效盐条件下的实验值高约6-7 pN。此外，该模型再现的温度依赖性的过拉伸力。过度拉伸的机制总是通过从自由端剥离而引起的力诱导熔融。我们从来没有看到过S-DNA（过度拉伸的双链DNA），即使在某些条件下有明确的实验证据证明这种过度拉伸模式，这表明S-DNA不仅仅是一种非堆叠的氢键双链体，而是可能具有更奇特的结构。
2013-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Supercoiling DNA locates mismatches
提出了一种利用磁镊超螺旋DNA检测序列缺陷的方法。该方法对数千个碱基对的DNA序列中的单个错配碱基对敏感。我们系统地比较DNA分子与0至16个相邻的错配在1 M的单价盐和3.5 pN的力，并表明，在这些条件下，一个单一的plectoneme形式，并稳定地钉在缺陷。我们使用这些测量来估计的能量和程度的端环扭结缺陷。由此，我们计算在生理相关条件下的错配的plectoneme钉扎的相对概率。基于这一估计，我们提出DNA超螺旋可能有助于体内错配和损伤传感。
2017-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Effect of electrolyte on the microstructure and yielding of aqueous dispersions of colloidal clay
钠蒙脱石是一种天然粘土矿物，在自然界中含量丰富。这种矿物的带电和各向异性的血小板的水分散体表现出非遍历动力学逮捕状态，从软玻璃相为主的粒子间排斥盐诱导的吸引力相互作用稳定的胶体凝胶。当分散介质中的盐浓度系统地变化时，分散体的粘弹性和屈服应力在临界盐浓度下表现出非单调行为，从而表明分散体微观结构的形态变化。我们使用低温扫描电子显微镜直接可视化这些动力学停滞相的微观结构。我们观察到存在的蜂窝状网络形态的盐浓度范围很广。过渡的凝胶形态，占主导地位的重叠硬币（OC）和卡（HoC）协会的粘土颗粒在低盐浓度的一个新的网络结构占主导地位的面对面凝聚的血小板，观察整个临界盐浓度。我们进一步评估这些凝胶在重力下使用电声的稳定性。这项研究，进行了浓缩粘土分散体的外部添加的盐的浓度范围很宽，是有用的，在我们的许多地球物理现象，涉及盐引起的天然粘土矿物的聚集的理解。
2015-07-10 cond-mat.soft
Multi-plectoneme phase of double-stranded DNA under torsion
我们利用蠕虫链模型研究了DNA在张力和扭矩作用下的超螺旋。该模型再现了广泛的力，盐浓度和轮廓长度的实验数据。我们发现一个平面的一阶相变结束在一个模糊的线的临界点，多plectoneme阶段，其特征在于由快速扭转介导的扩散plectoneme和扭矩上升后，plectoneme形成与连接数增加。这一新相的发现同时解决了现有模型与实验之间的差异。
2013-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Multi-plectoneme phase of double-stranded DNA under torsion
我们利用蠕虫链模型研究了DNA在张力和扭矩作用下的超螺旋。该模型再现了更广泛的力，盐浓度和轮廓长度比以前的方法的实验数据。我们的理论表明，第一次，系统的行为是如何控制的多plectoneme阶段在很宽的参数范围。这一阶段不仅会影响转向延伸曲线，而且会导致plectonemic阶段的非恒定扭矩。从以前的模型和实验数据之间的不一致的缺点是解决在我们的理论，而不需要可调参数。
2012-04-09 cond-mat.soft q-bio.BM
Sequence-dependent Three Interaction Site (TIS) Model for Single and Double-stranded DNA
我们开发了一个强大的粗粒度模型为单链和双链DNA表示每个核苷酸的三个相互作用位点（TIS）位于质量中心的糖，磷酸盐和碱。由此产生的TIS模型包括碱基堆积，氢键，静电相互作用以及键拉伸和键角电位，占DNA的聚合物的性质。拉伸和弯曲电位的力常数的选择是由玻尔兹曼反演程序使用一个大的代表性的一组DNA结构提取的蛋白质数据库。使用学习程序计算堆叠相互作用中的一些参数，这确保了忠实地再现实验测量的二聚体的熔融温度。在没有任何进一步调整的情况下，基于TIS模型的计算再现了实验测量的单链DNA（ssDNA）的大小的盐和序列依赖性，以及聚（dA）和聚（dT）链的持久长度。有趣的是，在施加机械力时，聚（dA）的延伸表现出一个平台，我们追踪到堆叠的螺旋结构域的形成。与此相反，聚（dT）的力-延伸曲线（FEC）是熵的起源，并可以通过一个标准的聚合物模型来描述。我们还表明，双链DNA的持久长度与基于蠕虫状链的预测是一致的。的持久长度，随着盐浓度的增加而减少，是符合Odijk-Skolnick-Fixman理论，旨在为刚性链杆极限附近。在仅基于PDB结构和二聚体的解链曲线的初始构建之后不需要调整任何参数的应用范围证明了ssDNA和dsDNA的TIS模型的可转移性和稳健性。
2018-02-05 cond-mat.soft q-bio.BM
3D structure and stability prediction of DNA with multi-way junctions in ionic solutions
本研究提出改进的粗粒化模型，结合精细静电项、副本交换蒙特卡洛和加权直方图分析，准确预测离子溶液中多路连接DNA的三维结构与热稳定性，并揭示未折叠中间态对稳定性的关键影响。
2025-01-21 cond-mat.soft
Effect of magnesium ions on dielectric relaxation in semidilute DNA aqueous solutions
用介电谱研究了Mg ~（2+）对半稀释DNA水溶液介电弛豫的影响。De Gennes-Pfeuty-Dobrynin半稀释溶液相关长度是足够低浓度的添加盐的相关基本长度尺度，描述了Mg-DNA溶液的集体性质。在低DNA浓度下没有检测到导致暴露的疏水核心结垢的DNA变性气泡的松弛指纹，因此表明与Na-DNA溶液的情况相比，Mg-DNA溶液中的双链构象的稳定性增加。在与单分子DNA性质有关的基本长度尺度的行为中检测到一些变化，反映了Odijk-Skolnick-Fixman类型的修改的静电屏蔽效应。所有结果一致地表明，Mg 2+离子与DNA以与Na 1+离子类似的方式相互作用，它们的作用主要通过增强筛选来描述。
2013-11-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Blunt-end driven re-entrant ordering in quasi two-dimensional dispersions of spherical DNA brushes
我们调查拥挤的构象和组装的限制，高度带电，厚的渗透制度的刷的影响。颗粒跟踪实验上越来越密集的悬浮液的胶体涂有超长双链DNA（dsDNA）片段揭示了非单调的颗粒收缩，聚集和重入有序。理论和模拟表明，收缩是由相邻刷中吸收的反离子施加的渗透压引起的，而聚集和重入有序是短程吸引力与静电排斥力竞争的效果。邻近刷子的dsDNA片段之间的平端相互作用是吸引力的原因，并且可以通过添加单价盐诱导自由端回折来调节。我们的研究结果表明，基地堆叠是一种模式平行杂交，以引导胶体组装，其中的吸引力可以通过盐度微调，并可能，接枝密度和温度。
2021-11-26 cond-mat.soft
Stretching DNA: Role of electrostatic interaction
利用一个简单的蠕虫链模型研究了静电相互作用对DNA拉伸的影响。在小力的限制下，有大的构象波动，使用自洽变分方法处理。对于较小的外力f，我们从理论上和通过一个简单的斑点图发现，扩张的尺度为fr_D，其中r_D是德拜屏蔽长度。在大的力的限制下，静电效应可以在DNA的半柔性链模型内通过假设只有小的偏离棒状构象是可能的来解释。在这种情况下，延伸接近轮廓长度为f^{-1/2}，其中f是外力的大小。该理论被用来分析测量在各种盐浓度下受到张力的双链DNA的延伸的实验。该理论再现几乎定量的弹性响应的DNA在小和大的值f和所有浓度的单价抗衡离子。同时也指出了该理论的局限性。
1998-10-08 cond-mat.soft q-bio
Salt Modulated Structure of Polyelectrolyte-Macroion Complex Fibers
采用链-球胞模型，在基态水平上研究了单根半柔性长链（PE）与多个带相反电荷的球形大离子络合形成的强电荷络合纤维的结构和稳定性.该模型考虑到链弹性以及带电球和链段之间的静电相互作用。使用基于周期性重复的单胞的数值优化方法，我们获得了使总能量最小化的纤维配置。最佳的配置表现出各种螺旋结构的大离子的安排，包括锯齿形，螺线管和串珠串模式。这些结构是由球体之间的吸引力和PE链之间的竞争决定的（这有利于链围绕球体缠绕）、链弯曲和链段之间的静电排斥（这有利于链的解缠），以及相邻球-链复合物之间的相互作用，其可以是吸引的或排斥的，这取决于系统参数，例如中等盐浓度，每个大离子的大离子电荷和链长（连接基大小）。在约生理盐浓度，密集的锯齿形图案被发现是能量上最稳定的参数时，适当的DNA-组蛋白系统在染色质纤维。事实上，发现在该方案中预测的纤维直径为约30 nm，这似乎与在染色质的体外实验中观察到的厚度一致。我们还发现每11nm有5-6个大离子密度，这与染色质的锯齿形或交联模型一致。由于我们的研究主要涉及一个通用的模型，这些研究结果表明，染色质样结构也应该观察到PE-大离子复合物形成的DNA和合成的纳米胶体的相反电荷的解决方案。
2011-01-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Condensation transition in DNA-polyaminoamide dendrimer fibers studied using optical tweezers
当混合在一起时，DNA和聚氨基酰胺（PAMAM）树枝状聚合物形成纤维，凝聚成一个紧凑的结构。我们使用光镊拉凝聚光纤，并通过测量力-延伸曲线（FEC）来研究解凝聚转变。一个特征平台力（约10 pN）和滞后之间的拉动和松弛周期观察到不同的树枝状大分子的大小，表明存在一个一阶过渡的两相（凝聚和扩展）的纤维。事实上，我们可以在缓冲介质中不存在额外的树枝状聚合物的情况下复制相同的FEC，这表明树枝状聚合物仍然不可逆地与DNA骨架结合。在盐变化时，FEC显著变化，证实了静电力驱动冷凝转变。最后，我们提出了一个简单的模型的解压缩过渡，定性再现的FEC，并证实了AFM图像。
2006-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Influence of pore dielectric boundaries on the translocation barrier of DNA
我们研究了介电边界力对带电荷的刚性DNA片段通过固体中性纳米孔的易位过程的影响。我们评估静电的贡献易位的自由能垒的模型DNA片段通过评估的平均力的潜力，通过粗粒度的分子动力学模拟的极化效应的存在和不存在。感应极化电荷的影响已被考虑采用ICC*，最近开发的算法，可以有效地计算感应极化电荷上适当离散的介质边界。由于水具有比孔壁更高的介电常数，极化效应排斥界面附近的带电物体，具有显著增加自由能垒的效果。另一个研究的副作用是在诱导孔电荷存在的情况下带电聚合物周围反离子分布的变化。此外，我们还研究了向溶液中加入盐的影响。
2010-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Crowding induces entropically-driven changes to DNA dynamics that depend on crowder structure and ionic conditions
大分子拥挤在包括基因表达、染色体压缩和病毒感染在内的广泛的生物过程中起主要作用。然而，拥挤对核酸动力学的影响仍然是一个争论的话题。为了解决这个问题，我们使用单分子荧光显微镜和自定义粒子跟踪算法来研究不同的大分子拥挤条件对大DNA分子的运输和构象动力学的影响。具体而言，我们测量的均方质心位移，以及构象的大小，形状和波动，个别115 kbp的DNA分子扩散通过各种拥挤的聚合物在体外解决方案。我们确定拥挤的结构和浓度的作用，以及离子条件下，DNA的扩散和构型动力学。我们发现，分支，紧凑的crowders（10 kDa PEG，420 kDa Ficoll）驱动DNA紧凑，而线性，灵活的crowders（10 kDa，500 kDa葡聚糖）导致DNA伸长。有趣的是，增加拥挤浓度降低DNA迁移率的程度似乎在很大程度上对拥挤结构（分支与线性）不敏感，尽管在每种情况下DNA呈现高度不同的构型。我们还表征了离子条件对拥挤诱导的DNA动力学的作用。我们发现，DNA扩散和构象的大小表现出紧急的非单调依赖于盐浓度，是没有看到在没有拥挤。
2018-03-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
How short-ranged electrostatics controls the chromatin structure on much larger scales
我们提出，30 nm染色质纤维的溶胀程度（其转录活性的“衡量标准”）主要取决于“折叠”DNA链不同部分之间的短程静电相互作用。这些部分仅构成链的一小部分，并且它们位于核小体核心颗粒处的DNA链的入口-出口点附近。我们提出了一个模型，允许估计的程度作为盐浓度的函数，电荷密度的链等的染色质纤维的溶胀。不同的机制，染色质的状态可以控制在体外和体内进行了讨论。
2001-10-01 cond-mat.soft q-bio.BM
Structure and Electrical Properties of DNA Nanotubes Embedded in Lipid Bilayer Membranes
通过脂质双层膜工程化合成纳米孔以进入细胞内部是生物技术中长期存在的挑战。在这里，我们证明了基于瓦的6-螺旋DNA纳米管（DNT）嵌入POPC脂双层的稳定性和动力学使用0.2微秒长的平衡MD模拟轨迹的分析。我们观察到，靠近管腔的脂质分子的头部基团合作地向DNA的亲水性糖-磷酸骨架倾斜，并在膜中突出的DNT补丁周围形成环形结构。此外，我们探讨了离子浓度对脂质-DNT复合物的溶液结构和稳定性的影响。通过对恒电场MD模拟的跨膜离子电流的测量，得到了脂质膜中充水DNT腔的I-V特性。随着盐浓度的增加，多孔DNT管腔的跨膜离子电导的测量值从4.3 nS变化到20.6 nS。在孔的口处具有ssDNA和dsDNA突出端的DNT的模拟显示了门控效应，对于打开和关闭状态的纳米孔，跨膜离子电导率具有显著差异。
2017-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Pulling a DNA molecule through a nanopore embedded in an anionic membrane: tension propagation coupled to electrostatics
我们考虑静电力的影响，驱动易位动力学的一个灵活的被拉过纳米孔的头部单体上的外力。为此，我们增加了等通量张力传播（IFTP）理论与静电的带负电荷的生物聚合物拉通过纳米孔嵌入在一个类似的带电荷的阴离子膜。我们表明，对于现实的情况下，如单链DNA，易位动力学在低盐筛选是弱的，在有限的负膜电荷出乎意料地加速，尽管大的排斥静电相互作用的聚合物线圈上的{ \it顺}侧和带电的膜。这是由于在移位过程中线圈的静电势能的快速释放，导致有效的吸引力，有助于末端驱动移位。加速导致非单调的聚合物长度和膜电荷依赖性的指数$α$，其表征具有长度$N_0$的聚合物的移位时间$τ\propto N_0^α$。在长链聚合物$N_0\gtrsim500$的制度，易位指数超过其上限$α=2$先前观察到的相同的系统没有静电相互作用。
2020-07-04 cond-mat.soft
