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
Dynamics of polymer translocation into an anisotropic confinement
使用朗之万动力学模拟，我们调查的动力学的一个灵活的聚合物易位到一个有限的区域下的驱动力通过纳米孔。我们选择一个椭球形的限制，并考虑的依赖性的椭球体的不对称性测量的纵横比上的易位时间。与各向同性约束（球体）相比，具有相同体积的各向异性约束（椭球体）减慢了移位，并且移位时间随着椭球体的纵横比的增加而增加。我们进一步发现，它需要不同的时间为聚合物易位到同一椭球体通过长轴和短轴方向，取决于整个链在椭球体中的平均密度，$ϕ$。当$ϕ$小于临界值$ϕ_c$时，通过短轴的移位更快，反之亦然。这些复杂的行为被解释的限制和各向异性限制诱导折叠的移位链的程度。
2012-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
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
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
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
Confinement-driven translocation of a flexible polymer
我们考虑了一个灵活的，自我回避的聚合物链的逃逸出一个有限的几何形状。通过模拟，我们表明，易位时间可以描述一个简单的标度律，表现出非线性的依赖于聚合度，这是敏感的限制几何形状的性质。这些结果与早期的预测相矛盾，但与最近确认的约束自由能的几何相关的表达式是一致的。
2006-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active translocation of a semiflexible polymer assisted by an ATP-based molecular motor
在这项工作中，我们研究了跨膜纳米孔的聚合物的辅助易位，其中分子马达施加由ATP分子的水解提供燃料的力。在我们的模型中，马达在固定的时间内切换到其活动状态，同时等待ATP分子结合并触发脉冲，在指数分布的时间间隔内。聚合物被建模为珠弹簧链与排除的体积和弯曲的贡献，并在一个随机的三维环境中移动与Langevin动力学建模在固定的温度。由此产生的动力学表明，取决于链的灵活性的Michaelis-Menten易位速度。研究了不同弯曲度下平均迁移时间随聚合物长度的标度行为。
2017-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of driven translocation of semiflexible polymers
利用三维朗之万动力学模型研究了半柔性聚合物在力$f_d$驱动下在纳米尺度孔内的移位。我们发现，移位时间$τ$增加，增加抗弯刚度$κ$。类似地，$τ$与聚合物长度$N$的比例的指数$β$，$τ\sim N^β$，随着$κ$的增加以及随着$f_d$的增加而增加。通过比较半柔性和完全柔性的聚合物之间的等待时间，我们表明，对于现实的$f_d$易位动力学是在很大程度上，但不完全，由聚合物的弹性长度测量的库恩段数$N_{\rm Kuhn}$。与柔性聚合物的驱动易位不同，与反式侧上的聚合物链段相关的摩擦对所得动力学具有相当大的影响。该摩擦通过反侧上的孔开口附近的聚合物链段的屈曲而间歇性地减小。我们表明，在实验相关的制度，其中粘度是高于在计算机模拟模型中，这种屈曲的概率随着$f_d$的增加而增加，从而引起更大的贡献跨侧摩擦小$f_d$。与柔性聚合物类似，我们发现顺式侧聚合物链段的显著质心扩散。这加速了易位，对于较小的$f_d$，这种效应更大。然而，由于横向摩擦，这种加速小于减速。在足够大的$N_{\rm Kuhn}$，可以看到的作用被逆转，并达到柔性聚合物的动力学。然而，例如，DNA易位实验中使用的聚合物，弹性很短，这里概述的有限长度动力学适用。
2018-02-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Polymer translocation out of confined environments
我们认为，动力学的聚合物易位出密闭环境。分析缩放参数导致预测，移位时间缩放如$τ\sim N^{β+ν_{2D}}R^{1+(1-ν_{2D})/ν}$，用于移位出具有分离$R$的两个壁之间的平面限制进入3D环境，以及$τ\sim N^{β+1}R$，用于移位出具有分离$R$的两个条带进入2D环境。这里，$N$是链长，$ν$和$ν_{2D}$是3D和2D中的Flory指数，$β$是具有$N$的移位速度的标度指数，其用于当前参数选择的值是基于Langevin动力学模拟的$β\approx 0.8$。这些标度指数改进了早期的预测。
2009-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Free Energy Evaluation in Polymer Translocation via Jarzynski Equality
我们执行，与云计算资源的帮助下，广泛的Langevin模拟提供无偏三维聚合物易位的自由能估计。我们采用Jarzynski等式在其严格的设置，计算在单个单体易位事件的自由能的变化。在我们的三维Langevin模拟中，珠（单体和膜原子）之间的排斥体积和范德华相互作用通过排斥的Lennard-Jones（LJ）势建模，连续的单体受到非线性弹性（FENE）势。分析具有不同长度的聚合物的数据，自由能分布被指出具有有趣的有限尺寸标度特性。
2014-04-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven polymer translocation in good and bad solvent: effects of hydrodynamics and tension propagation
我们研究了在流体力学的存在和不存在下，在好溶剂和坏溶剂中，驱动聚合物通过纳米级孔的易位。我们提出了我们的结果，沿聚合物链段的顺式侧，这是首次使用我们的方法，也在存在流体力学测量的张力传播。对于模拟，我们使用随机旋转动力学，也称为多粒子碰撞动力学。我们发现，在良好的溶剂中的张力传播非常相似，是否包括流体力学。在流体动力学的存在下，只有张紧的部分短了一个常数因子。当包括流体动力学时，较短的张力段和流体动力学相互作用有助于易位聚合物的较小摩擦，这表现为较小的等待时间和较小的易位时间与聚合物长度的比例指数。在不良溶剂中，流体力学对聚合物移位的影响最小，而在良溶剂中，流体力学加速移位。我们发现，在不良溶剂条件下，张力不会沿聚合物明显扩散。因此，易位时间不与聚合物长度成比例。通过测量在自由溶剂中的聚合物在末端被恒定力拉动的设置中的有效摩擦，我们发现流体动力学确实比在良溶剂中更有效地加速了不良溶剂中的集体聚合物运动。然而，流体动力学对顺式侧上高度相关的球状构象内的单个单体的运动具有可忽略的影响，因此对不良溶剂条件下的整个驱动易位具有可忽略的影响。
2016-07-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Chaperone-assisted translocation of flexible polymers in three dimensions
蛋白质在体内遇到的一个过程是通过分子伴侣结合到聚合物的辅助下通过纳米级孔的聚合物移位。通过计算机模拟来研究相关模型在计算上要求很高。因此，以前的研究要么是三维的刚性聚合物，要么是二维的柔性聚合物。在这里，我们研究分子伴侣辅助易位的柔性聚合物在三维使用Langevin动力学。我们发现，结合机制的差异，更具体地说，无论是伴侣可以结合到一个单一的或多个网站上的聚合物，导致在三维易位动力学的实质性差异。我们表明，单绑定模式导致的动力学，这是非常相似的，在恒定的力驱动的易位，因此主要由顺式侧的张力传播。我们得到$β\approx 1.26$的指数的易位时间与聚合物长度的标度。这个相当低的值可以通过由于粘合颗粒引起的额外摩擦来解释。多位点结合导致易位，其动力学主要由反式侧决定。对于该过程，我们获得$β\approx 1.36$。该值可以通过我们推导的恒定偏置易位的$β= 4/3$来解释，其中易位的聚合物片段在反式侧形成小球。我们的研究结果为理解和利用分子伴侣辅助易位铺平了道路，其中微观细节的变化导致新兴动态的丰富变化。
2017-12-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Nonequilibrium dynamics of polymer translocation and straightening
当柔性聚合物被吸入局部小孔时，链最初只能局部响应，随后的非平衡过程与张力沿链骨架的传播一致。我们分析了这个动态过程，考虑到不均匀拉伸的聚合物与流体力学相互作用。对吸收时间的早期公式进行了批评，并提出了新的公式以及相关动力学变量的时间演化。
2007-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Event distributions of polymer translocation
我们提出了广泛的Langevin动力学模拟获得的聚合物易位的事件分布。这种分布以前没有报道过，他们提供了新的理解的随机特性的过程。我们提取在一个高的长度尺度分辨率分布的聚合物片段，连续穿过纳米级孔。所得到的对数正态分布以及聚合物移位的特征表明，它是一个乘法随机过程。尽管其明显的失衡性质，强迫易位是令人惊讶的类似于非强迫的情况下。我们发现的形式几乎不变的分布与一个共同的截止长度。我们发现，个人的短段和短时间内的孔运动给缩放关系$τ\sim N^α$和$τ\sim f^{-β}$的聚合物易位。
2012-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Dynamical Diagram and Scaling in Polymer Driven Translocation
通过分析聚合物的真实空间非平衡动力学，我们阐明了驱动移位的物理机制，并提出了类似于表面生长现象的动力学标度方案。我们提供了一个详细的说明先前提出的张力传播配方，并将其扩展到涵盖更广泛的参数空间相关的真实实验;除了近平衡制度，我们确定了三个不同的非平衡制度反映了稳态属性的拖曳聚合物与有限的可扩展性。有限尺寸效应也被指出。这些元素被证明是至关重要的适当的比较与实验和模拟。
2011-11-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
Translocation time of periodically forced polymer chains
我们表明，存在一个最小的和明确的振荡的频率依赖性的易位时间的聚合物被描述为一个一维的劳斯链驱动的空间本地化的振荡线性电位。观测到的平均易位时间的振荡是由非常平均的易位时间和外力周期之间的同步引起的。通过改变阻尼参数，我们已经检查了最小移位时间的频率值的鲁棒性，发现该频率和相应的移位时间之间的非常简单的关系。还评估了作为聚合物长度的函数的移位时间，发现精确的$L^2$缩放。此外，描述为高斯不相关噪声的热涨落所起的作用也进行了研究，并与共振激活现象的类比进行了评论。
2010-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Criteria for minimal model of driven polymer translocation
虽然驱动易位的渐近长的聚合物的特点是很好地理解，这是有限尺寸的聚合物，这是相关的现实世界的实验和模拟研究的情况下，这是不。最值得注意的是，行为的指数$α$，它描述了缩放的易位时间与聚合物的长度，当在孔中的驱动力$f_p$改变，是在辩论中。通过Langevin动力学模拟的规则和修改的易位模型使用的自由连接链聚合物模型，我们发现，以前报道的不完整的模型，其中的{ \it反}方和波动被排除在外，产生的特性是在与完整的模型，其中$α$增加与$f_p$的完全矛盾。我们的研究结果表明，由于波动的贡献是重要的。我们构建了一个极小模型，其中动力学完全排除，以表明可以实现与完整易位模型的紧密对齐。我们的研究结果设置了非常严格的要求，一个极小模型，应该正确地描述驱动聚合物易位。
2017-12-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamics of polymer translocation into a circular nanocontainer through a nanopore
使用Langevin动力学模拟，我们调查的动力学聚合物易位到一个圆形的纳米容器通过纳米孔下的驱动力$F$。我们观察到，易位概率最初增加，然后饱和增加$F$，独立于$ϕ$，这是整个链的平均密度在纳米容器。随着$ϕ$的增加，易位时间分布经历从高斯分布到非对称分布的转变。此外，我们发现一个非通用的比例指数的易位时间的链长，依赖于$ϕ$和$F$。这些结果被解释的构象的易位链在纳米容器和时间的一个单独的部分通过孔在易位。
2012-12-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Pore-blockade Times for Field-Driven Polymer Translocation
我们研究了一个易位聚合物的长度$N$，驱动的三维空间中的孔的字段$E$的孔封锁时间。聚合物表现出劳斯动力学，即，我们考虑在没有流体动力学相互作用的情况下的聚合物动力学。我们发现，典型的时间孔保持堵塞在易位事件的规模为$\sim N^{(1+2ν)/(1+ν)}/E$，其中$ν\simeq0.588$是聚合物的弗洛里指数。与我们以前的工作，我们表明，这种缩放行为源于聚合物动力学在紧邻的孔-特别是，记忆效应的聚合物链张力不平衡的孔。这个结果，以及其他几个小组的数值结果，违反了文献中早先提出的下限$\sim N^{1+ν}/E$。我们讨论了为什么这个下限是不正确的，并显示，基于能量守恒，正确的下限为场驱动易位的孔封锁时间是由$ηN^{2ν}/E$，其中$η$是周围的聚合物的介质的粘度。
2008-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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 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
Driven polymer translocation through a cylindrical nanochannel: Interplay between the channel length and the chain length
利用分析技术和朗之万动力学模拟，我们调查的动态聚合物易位通过纳米通道嵌入在两个维度下施加的外场。我们研究了通道长度$L$与聚合物长度$N$的各种比率的易位时间。对于短通道$L\ll N$，在弱驱动力$F$作用下的易位时间为$τ\sim N^{1+ν}$，而对于长通道$L\gg N$，为$τ\sim F^{-1}L$，与链长$N$无关.此外，我们观察到一个最小的移位时间作为$L/N$的函数，对于不同的驱动力和沟道宽度。这些结果由单个段的等待时间来解释。
2012-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Non-equilibrium effects in chaperone-assisted translocation of a stiff polymer
伴侣辅助的生物聚合物易位是提出的易位\textit{in vivo}的主要模型。动态蒙特卡罗方法被用来模拟易位的刚性均聚物通过纳米孔驱动的分子伴侣。分子伴侣是一种蛋白质，它结合到靠近壁的聚合物上，并防止其通过顺式侧回滑。重要的参数包括结合能、分子大小和分子伴侣的局部浓度。这些局部浓度的分布，建立了分子伴侣的分布。在这里，我们调查的结合能，大小和伴侣在其平衡的指数分布的影响，在每个步骤中的聚合物易位需要稳定的易位时间。模拟结果表明，在分子伴侣具有单体大小（$λ=1$）和/或正有效结合能和/或均匀分布的情况下，分子伴侣结合平衡速率/频率小于每个单体的$5$次。然而，在某些特殊情况下，在分子大小为$λ>1$且有效结合能为负的分子伴侣的指数分布中，平衡速率将偏离到每个单体$20$倍以上。我们发现，这种非平衡效应导致超扩散，前面看到的。此外，我们从理论上证实了平衡过程。
2017-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Effect of Anomalous Dynamics on Unbiased Polymer Translocation
在本文中，我们研究了聚合物的长度$N$易位通过一个狭窄的孔的微观动力学。迄今为止，对其据称的异常动态的描述仍然不完整。我们发现，聚合物动力学是异常的，直到Rouse时间$τ_{R}\sim N^{1+2ν}$，通过孔的均方位移与$t^{(1+ν)/(1+2ν)}$一致，与$ν\approx0.588$的弗洛里指数。这被证明是直接相关的衰减时间的过量单体密度附近的孔作为$t^{-(1+ν)/(1+2ν)}\exp(-t/τ_{R})$。在劳斯时间之外，易位变得扩散。因此，与先前的权利要求相反，停留时间$τ_{d}$（易位聚合物通常在孔内花费的时间）标度为$N^{2+ν}$。
2007-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Translocation of a polymer chain driven by a dichotomous noise
我们考虑的易位的一维聚合物通过一个孔通道的帮助下，由一个二分噪声与时间指数相关的电机驱动。我们感兴趣的是研究的移位时间，平均速度和失速力的系统作为平均驱动频率的函数。我们发现了一个单调的易位时间，与平均速度，这表明在一个给定的频率明显的最大值。有趣的是，失速力表现出非单调的行为，存在一个最小值。文中还给出了弹簧弹性常数对平均迁移次数和平均迁移速度的影响。
2012-02-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Driven polymer translocation into a channel: Iso-flux tension propagation theory and Langevin dynamics simulations
采用等通量张力传播（IFTP）理论和Langevin动力学（LD）模拟方法研究了通道驱动聚合物迁移的动力学过程，即聚合物迁移到狭窄的通道中，通道中的单体受到驱动力$f_{\rm c}$ .在高驱动力极限下，无论沟道宽度如何，IFTP理论预测移位时间的$τ\propto f_{\textrm{c}}^β$，其中$β=-1$是力标度指数。此外，LD数据表明，对于一个非常窄的通道拟合只有一个单一的文件的单体，由于在通道内的子链的熵力不起重要作用的易位动力学，和力指数$β= -1$的力的大小无关。随着通道宽度的增加，通道内的子链的可能的空间构型的数量变得显著，并且所产生的熵力导致力指数下降到低于1。
2022-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Two phase picture in driven polymer translocation
两相图是一种简单而有效的方法来捕捉与张力传播有关的聚合物非平衡动力学。当将其应用于驱动易位过程时，有一点需要注意，正如我们最近的文章[Phys.Rev.E85，061803（2012）]中简要讨论的那样。在这篇文章中，我们详细讨论了这个问题，并修改了我们以前的预测[欧元。J. E 34，135（2011）]通过采用替代的稳态分析法。修正的标度预测结果与Rowghanian和Grosberg最近提出的等通量模型[J. Phys. Chem. B 115，14127-14135（2011）]相同。
2012-11-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
Through the Eye of the Needle: Recent Advances in Understanding Biopolymer Translocation
近年来，聚合物易位，即，聚合物分子通过嵌入膜中的纳米尺寸的孔和通道的运输已经见证了强大的进步。现在可以以前所未有的空间和时间分辨率观察通过通道运动期间的单分子聚合物动力学。这些引人注目的实验研究激发了许多理论发展。在这篇简短的理论-实验综述中，我们讨论了这一领域的最新进展，重点讨论了在易位过程中聚合物动力学的非平衡方面。
2013-08-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling polymer translocation with crowded medium and polymer length asymmetry
本文通过 Langevin 动力学模拟研究自由、单侧和双侧拥挤环境中的聚合物孔道易位，揭示链长不对称、拥挤尺寸与填充分数对易位概率和方向的调控机制。
2024-02-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Translocation of short and long polymers through an interacting pore
我们进行二维朗之万动力学模拟电场驱动的聚合物易位通过一个有吸引力的纳米孔。我们调查的吸引力区域的位置，使用不同的孔图案的效果。发现这对作为链长的函数的易位时间和对聚合物进入频率都有影响。我们定性地比较我们的结果与现有的实验数据。
2013-02-12 cond-mat.soft
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
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
Polymer translocation driven by longitudinal and transversal time-dependent end-pulling forces
本研究模拟了半柔性均聚物在恒定和时间相关末端拉力驱动下通过 extended pore 的易位过程，发现纵向和横向驱动均表现出 Resonant Activation 效应，并推导了低频下的平均易位时间解析表达式。
2023-07-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalous Dynamics of Unbiased Polymer Translocation through a Narrow Pore
我们考虑一个聚合物的长度$N$易位通过一个狭窄的孔在没有外部领域。迄今为止，对其据称的异常动态的描述仍然不完整。我们发现，聚合物动力学是异常的，直到Rouse时间$τ_{R}\sim N^{1+2ν}$，通过孔的均方位移与$t^{(1+ν)/(1+2ν)}$一致，与$ν\approx0.588$的弗洛里指数。这被证明是直接相关的衰减时间的过量单体密度附近的孔作为$t^{-(1+ν)/(1+2ν)}\exp(-t/τ_{R})$。在劳斯时间之外，易位变得扩散。因此，与先前的权利要求相反，停留时间$τ_{d}$（易位聚合物通常在孔内花费的时间）标度为$N^{2+ν}$。
2007-09-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Unifying model of driven polymer translocation
我们提出了一个布朗动力学模型驱动的聚合物易位，其中所产生的非平衡记忆效应沿顺式侧子链的张力传播（TP）被纳入作为一个时间依赖性的摩擦。为了解决有效摩擦，我们开发了有限链长TP形式主义，扩展了Sakaue的工作[Sakaue，PRE 76，021803（2007）]。该模型，数值求解，产生的结果与分子动力学模拟在很宽的参数范围内的协议。我们的研究结果表明，沿顺式侧子链的非平衡TP占主导地位的动力学驱动易位。此外，该模型解释了在实验和模拟中观察到的有限链长和孔-聚合物相互作用的综合效应的易位时间w.r.t的不同缩放。
2012-04-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
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 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
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
Cis-Trans Dynamical Asymmetry in Driven Polymer Translocation
在由例如跨纳米孔的电压降驱动的聚合物移位期间，顺式侧中的片段被不断地拉入孔中，然后被推出孔进入反式侧。这种拉动和推动聚合物链段在连续水平上通过已知的非线性传输过程分别描述为快速和缓慢扩散。通过匹配的解决方案，双方通过质量守恒的孔，我们提供了一个物理基础的顺式和反式动力学的不对称性，在最近的数值模拟中反复报道的功能。然后，我们预测如何动态分配的总驱动力之间的顺式（拉）和反式（推）侧，表明反侧事件增加了有限的链长效应的动态缩放，这可能会成为实质性的弱力和/或高孔隙摩擦的情况下。
2013-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
