Facilitated diffusion on confined DNA
在活细胞中，蛋白质结合了3D体扩散和沿着DNA的1D滑动，以更快地到达目标。这个过程被称为促进扩散，我们调查其动力学在生理相关的情况下，限制DNA。的限制几何形状和DNA的弹性是关键参数：我们发现，促进扩散是最有效的各向同性的体积内，并在一个灵活的聚合物。通过考虑体内蛋白质的典型拷贝数，我们表明，由于滑动的加速变得不敏感的微调参数，使促进扩散一个强大的机制，以加快细胞内扩散限制反应。我们关注的参数范围与体外系统和酵母染色质上的易化扩散有关。
2012-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Spontaneous Domain Formation in Spherically-Confined Elastic Filaments
本研究通过解析计算和模拟证明，球状约束弹性细丝的基态是多畴有序镶嵌而非单一线轴，低密度呈同心线轴，高密度出现拓扑链环形态，对病毒DNA包装等有启示。
2024-03-19 cond-mat.soft
Counterion Effects on Nano-confined Metal-Drug-DNA Complexes
我们探讨了DNA分子与铜配合物结合的形态，吡罗昔康分子，一种非甾体抗炎药（NSAID），在一维限制的薄膜，并研究了缓冲液中存在的反离子的影响。X射线反射率和远离铜K吸收边和原子力显微镜的研究表明，限制隔离的药物分子优先在顶层的DNA膜，和抗衡离子增强这种隔离。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Mesoscopic model for nano-channel confined DNA
我提出了一个哈密顿模型和计算方法，适合于评估螺旋分子嵌入拥挤的环境中，可能会限制可用的碱基对波动的空间的结构和热力学性质。它示出，对于在纳米通道中的短DNA片段的特定情况下，分子通过使通道的宽度变窄而显著地过度扭曲和拉伸。
2019-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A model for melting of confined DNA
当DNA分子被加热时，它们会变性。这发生在局部，因此形成熔化的单链DNA环，由完整的双链DNA片段连接。这种“熔化”转变的性质已经被深入研究。最近，由于实验确定了局限于纳米通道中的部分结合DNA的性质，对这个问题的兴趣激增。但是这种限制是如何影响熔化转变的呢？为了回答这个问题，我们介绍，并解决了一个模型预测如何限制影响熔化过渡的一个简单的模型系统，首先无视自我回避的效果。我们发现，过渡更平滑的窄通道。通过蒙特卡罗模拟，我们然后表明，一个模型，将自我回避定性显示相同的行为，禁闭的效果是强于在理想情况下。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DNA size in confined environments
对于短的DNA分子在拥挤的环境中，我们评估宏观参数，如平均端到端的距离和扭曲的构象通过调整的强度的特定的限制驱动的拥挤。的ds-DNA是由一个介观哈密顿帐户的三维螺旋结构，并纳入在碱基对水平的波动效应建模。计算方法假设碱基对波动是温度依赖的轨迹，其幅度可以根据拥挤分布进行空间调制。我们表明，分子的伸长率，作为衡量的端到端的距离随约束的强度非单调变化。此外，研究发现，如果拥挤主要限制在DNA的中间链，螺旋过扭曲和它的端到端的距离增长在强限制制度。相反，如果拥挤主要是钉在一个链端，螺旋解旋，而分子拉伸大的限制强度。因此，我们的研究结果提出了一个特殊的拉伸和扭曲之间的关系，显着依赖于crowders的个人资料。该方法可以通过控制分子所处的环境来设计特定的DNA形状。
2019-05-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Extension of nano-confined DNA: quantitative comparison between experiment and theory
限制在纳米通道中的DNA的延伸已经被深入和详细地研究。然而，实验和模型计算之间的定量比较是困难的，因为大多数理论预测涉及不确定的前因子，因为模型参数（轮廓长度，库恩长度，有效宽度）是难以可靠地计算，导致大量的不确定性。在这里，我们使用最近的渐近精确理论的DNA延伸的“扩展德Gennes政权”，使我们能够比较实验结果与理论。为了这个目的，我们进行了新的实验，测量平均DNA延伸和它的标准偏差，同时改变通道的几何形状，染料嵌入比，和离子缓冲强度。在高离子强度下，实验结果与理论值吻合得很好，表明模型参数是可靠的。在低离子强度的协议是不太好。我们讨论可能的原因。我们的方法允许，在原则上，测量库恩长度和有效宽度的一个单一的DNA分子和更一般的半柔性聚合物在溶液中。
2015-09-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nanoconfined circular and linear DNA - equilibrium conformations and unfolding kinetics
从基本的聚合物物理学角度和由于环状DNA分子在体内的重要性，对局限于纳米流体通道的环状DNA的研究是相关的。在这里，我们观察到展开的DNA从圆形到线性配置作为光诱导的双链断裂发生，表征的动力学，并比较线性和圆形配置的平衡构象统计。这很重要，因为它使我们能够确定现有的统计理论在多大程度上描述了受限环状DNA的延伸。我们发现，受限的线性和环状DNA配置的扩展的比例增加的缓冲液浓度降低。实验结果落在理论预测之间的扩展de Gennes制度在较弱的约束和Odijk制度在较强的约束。我们表明，它是可以直接区分环状和线性DNA分子通过测量从DNA的发射强度。最后，我们确定的速度展开，并表明，这个速度是更大的限制DNA，可能反映了相应的更大的差异，在熵之间的圆形和线性配置。
2016-05-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Numerical study of linear and circular model DNA chains confined in a slit: metric and topological properties
利用先进的蒙特卡罗模拟研究了纳米缝约束对模型DNA链的度规和拓扑性质的影响。我们考虑线性和环状链的轮廓长度在1.2- 4.8 $μ$ m的范围和狭缝宽度连续跨越50- 1250 nm的范围。由de Gennes的斑点模型预测的度量缩放被示出为线性和环状DNA保持到最强的限制水平。更值得注意的是，环状DNA分子的拓扑性质与三维限制相比有两个主要差异。首先，整体打结概率是非单调的增加限制，可以大大提高或抑制相比，散装的情况下，通过简单地改变狭缝宽度。其次，结人口由结，是远远简单的比三维约束。结果表明，纳米狭缝可用于纳米流体装置中，以产生具有简单拓扑结构（包括未结）的DNA环，或通过结类型分离DNA环的异质集合。
2012-04-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Finite-size corrections for confined polymers in the extended de Gennes regime
聚合物在孔道中的延伸的理论结果通常是在无限长的边界条件下得到的。但是实验研究和DNA分子的模拟局限于纳米通道不一定在这个渐近极限。我们计算的跨度和端到端的距离的一个半柔性聚合物的有限长度的扩展德Gennes政权的统计，利用这个事实，即这个问题可以映射到一个一维的弱自避免随机行走。由此获得的结果比较有利的修剪丰富Rosenbluth方法（PERM）模拟的三维离散蠕虫状链模型的DNA限制在纳米通道。我们讨论了实验研究的线性$λ$ -DNA局限于纳米通道在许多实验中使用的高离子强度的影响。
2015-10-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
DNA confined in a two-dimensional strip geometry
半柔性聚合物的特征在于限定在空间区域$D$中的轮廓长度$L$和持久长度$\ell_p$，de Gennes和Odjik分别将$\ell_p < D$和$\ell_p \gg D$描述为一系列“{ \em球形斑点}”和"{ \em偏转线}“。最近Tree { \em et al.}研究了新的中间体体系（{ \em extended de Gennes}和{ \em Gauss-de Gennes}）。[Phys. Rev. Lett. { \bf 110}，208103（2013）]。在这封信中，我们推导出标度关系来表征这些转换的通用缩放波动$d$ -尺寸作为$L,\ell_p$，和$D$的函数，并表明，高斯-德热纳制度是不存在的，扩展德热纳制度是在一个2D带限制的聚合物消失小。我们通过广泛的布朗动力学（BD）模拟验证了我们的主张，该模拟还揭示了用于描述Odjik极限中链延伸的前因子$A$与物理尺寸$d$无关，并且与Yang { \em et al.} [Y. Yang，T. W. Burkhardt，G. Gompper，Phys. Rev. E { \bf 76}，011804（2007）]。我们的研究与在纳米带内拉伸的DNA的光学地图有关。
2014-03-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Semiflexible Chains in Confined Spaces
本文发展了一种分析方法来研究受限几何中无相互作用的蠕虫链的性质。类平均场理论用平均约束代替了约束的刚性约束，从而使我们能够发展出一种处理包裹在球表面上的WLC的方法，并将其完全封装在球内.通过精确地再现局限于球表面的WLC的关联函数，建立了该理论的有效性.此外，还精确地计算了自由能中的系数.我们还描述了在外部张力下的表面限制链的行为，这与组蛋白-DNA复合物的单分子实验有关。力-延伸曲线显示空间振荡，链的延伸，其最大值由球体直径界定，在大的力下按$f^{-1}$缩放，与接近轮廓长度的无约束链相反，其为$f^{-1/2}$。包封在球体中的WLC也可以使用MF方法进行处理，这与研究DNA的病毒包封有关。对各种关联函数的理论预测与Langevin模拟结果吻合得很好。我们发现，强约束链的高度结构化的相关性检查使用当地的缠绕轴。该系统的预测压力与模拟非常一致，但众所周知，明显低于包装在病毒衣壳中的DNA的压力。
2008-08-12 cond-mat.soft
Programmable interactions with biomimetic DNA linkers at fluid membranes and interfaces
生物系统的结构化架构和复杂动力学的核心是由生物分子操作的特定和及时的相互作用。在许多情况下，生物分子试剂在空间上被限制在柔性脂质膜上，其中，除了其他功能之外，它们控制细胞粘附、运动性和组织形成。除了是几个生物过程的中心，\emph{multivalent interactions}介导的反应性连接限制在可变形的基板的合成生物平台和先进的仿生材料的设计的基础。在这里，我们回顾了最新进展的实验研究和理论建模的一个异构类的仿生系统中，合成连接介导的流体和可变形的胶体单位，包括脂囊泡和乳液液滴之间的多价相互作用。接头通常由合成的DNA纳米结构制备，使得它们相互作用的热力学和动力学性质完全可编程。多价相互作用与基板的流动性和变形性的统计效应的耦合产生了丰富的新兴现象，在自组装软材料的背景下，已被证明产生异国情调的相行为，刺激响应性，和动力学可编程的自组装过程。应用（合成）生物学也将审查。
2019-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Hairpins in the conformations of a confined polymer
如果一个半柔性的聚合物被限制在一个狭窄的通道里，弯曲180度，这种聚合物就被称为发夹。当发夹结构非常稀少或非常丰富时，受限聚合物的平衡伸长统计是很好理解的。在这里，我们分析的延伸统计在中间的情况下，通过实验与DNA包被的蛋白质RecA，这提高了刚度的DNA分子约一个数量级。我们发现，扩展分布是高度非高斯的，在良好的协议与蒙特卡罗模拟的限制离散蠕虫链。我们开发了一个简单的模型，定性地解释了扩展分布的形式。该模型表明，尾部的分布在短的延伸是由构象与一个发夹。
2018-01-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Buckling of geometrically confined shells
我们研究的周期性屈曲模式时出现的弹性壳受到几何约束。残余膨胀提供了一系列形状（鞍形，轧制板，圆柱体和球形截面），这些形状的外在和内在曲率各不相同。我们的实验和数值数据表明，当这些结构被径向限制时，一个单一的几何参数-总壳半径与不受约束的材料量的比率-预测形成的瓣的数量。然后，我们推广我们的模型来解释这个参数作为一个有效的基础刚度松弛的面内约束。在实验上，我们表明，减少横向限制的鞍瓣数减少根据我们的有效刚度模型。因此，一个几何参数捕获波数通过广泛的径向和横向的限制，连接壳的形状的边界的形状，限制it. We预计这些结果是相关的壳形状的扩展，从而适用于设计的形状-移动材料和软结构的膨胀和增长。
2018-10-10 cond-mat.soft
Compression of a confined semiflexible polymer under direct and oscillating fields
本文通过粗粒化模拟研究受限半柔性高分子在直流场与振荡场下的压缩行为，揭示强限制、最佳频率交变场及弯曲刚度对场致塌缩和纽结形成的关键作用。
2022-04-11 cond-mat.soft
Morphogenesis and self-organization of persistent filaments confined within flexible biopolymeric shells
我们系统地探讨了自组装的半柔性聚合物在可变形的球形限制在一个广泛的政权的链刚度，轮廓长度和包装分数通过粗粒度的分子动力学模拟。顺应性，DNA样丝被发现经历了连续的交叉从两个不同的表面有序的四极状态，其特征在于由四面体图案的拓扑缺陷，无论是纵向或横向双极结构，随着聚合物浓度的增加。这些过渡，以及它们涉及的中间安排，可以归因于一个取向润湿现象与微妙的密度和轮廓长度相关的变化，在相应的液晶相的弹性各向异性的组合。相反，刚性的，微管状聚合物的组织证据连续弹性理论的逐步崩溃的链尺寸变得可比的平衡半径的封装膜。在这种情况下，我们观察到一个逐渐的转变，从扁长形，类触体的形态，扁，红细胞样的结构，增加轮廓长度，这是所产生的有序，聚合物和膜屈曲之间的相互作用。我们进一步提供了一些尚未确定的，自组织的国家在这样的封闭系统的刚性非手性细丝，包括自发螺旋近晶组装，多面体和扭曲的斜纹状安排的数字证据。我们的研究结果是量化的，通过引入几个序参量和无监督的学习计划的表面拓扑缺陷的本地化，并与场论的预测，以及经典的弹性理论的薄杆和球壳。
2021-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Exact solutions for the wrinkle patterns of confined elastic shells
复杂的纹理表面存在于自然界和工业中，从指纹到基于平版印刷的微图案。通过限制到不相容的基底上的褶皱是产生可重构图案化形貌的有吸引力的方式，但是控制所产生的通常不对称且明显随机的褶皱仍然是一个难以捉摸的目标。在这里，我们描述了一种新的方法来理解皱纹的限制弹性壳，使用拉格朗日乘子的地方的应力。我们的理论揭示了一组简单的几何规则预测有序皱纹的出现和布局，并解释了令人惊讶的通用共存的有序和无序的皱纹域。结果与模拟和实验中的许多测试案例一致，并代表了用于设计复杂皱纹图案的基本几何工具包。
2023-03-18 cond-mat.soft math.AP
Conductivity of DNA probed by conducting-atomic force microscopy: effects of contact electrode, DNA structure, surface interactions
我们用导电原子力显微镜研究了DNA分子的导电性，作为基底表面的化学性质，电接触的性质和DNA分子的数量（从几个分子到包含多达106个分子的绳索和大纤维）的函数。独立于表面的化学性质（疏水或亲水，电中性或带电），我们发现DNA是高电阻的。从大量的电流-电压曲线测量沿DNA的几个距离，我们估计的电导率约为10-6-10-5 S·cm-1/DNA分子。对于单个DNA分子，这种高电阻行为与其表面上的扁平构象（与其标称值~2.4 nm相比，厚度减小，~0.5-1.5 nm）相关。我们发现在DNA和金属电极之间插入有机半导体缓冲膜提高了接触的可靠性，而直接金属蒸发通常会破坏DNA并阻止任何电流测量。在真空或干燥氮气下长时间暴露后，电导率强烈降低，从而得出结论，DNA水合壳中的水分子和离子起主要作用。
2004-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Contact theorems for electrolyte-filled hollow charged nanoparticles: Non-linear osmotic pressure in confined electrolytes
本文基于空腔纳米壳接触定理分析平面、圆柱和球形带电中空纳米粒子内的受限电解质渗透压，揭示非线性极大值及 CCR、CO 现象。
2025-04-07 cond-mat.soft
Confinement dynamics of a semiflexible chain inside nano-spheres
我们研究了半柔性链的构象，限制在纳米尺度的球形腔，在两个不同的过程中的限制。径向收缩和包装作为两个限制程序。前一种方法是通过逐渐减小包围受限链的球壳的直径来执行的。后一个过程是通过将链通过壳体表面上的孔注入到球形壳体内来进行的。链建模与刚体分子动力学模拟和它的参数调整到DNA碱基对弹性。采用方向序参量对受限链进行了分析和比较，并对两种不同尺寸球的受限链构象进行了研究。结果表明，对于我们研究的球体尺寸内的受限链，它们呈现螺旋或网球结构，并且在更紧凑的受限空间中更容易观察到网球结构。我们的结果还表明，动力学过程中的限制和限制率的球腔中的链的结构的影响参数。
2014-09-26 cond-mat.soft
Entropic Elasticity of Double-Strand DNA Subject to Simple Spatial Constraints
本论文的目的是研究的dsDNA分子的熵弹性，具有晶体学长度L的顺序为10至30持久长度A，当它受到空间障碍物。我们没有尝试通过求解Schodringer方程来获得单分子配分函数。我们更喜欢停留在WLC模型的离散化版本中，增加一个单体势，模拟空间约束。我们直接从离散化的玻尔兹曼公式推导出连接相对于相邻“有效单体”的配分函数的传递矩阵。我们在泛函积分中插入了足够的狄拉克δ函数，以确保单体坐标和切向量是独立变量。然后，配分函数由迭代过程给出，该迭代过程在数值上有效并且在物理上透明。作为我们的离散化方法的测试，我们已经研究了两种配置，涉及一个双链DNA分子之间的一对平行板限制。
2006-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Free-energy landscape of a polymer in the presence of two nanofluidic entropic traps
本文通过蒙特卡洛模拟和WHAM2D方法计算了纳米缝-双纳米坑复杂几何结构中聚合物的自由能景观，揭示了简化解析模型在定量预测上的局限性，并强调精确数值计算的重要性。
2024-09-05 cond-mat.soft
Curvature controlled pattern formation in floating shells
壳在受到约束时，可以变形成各种各样的形状和模式，通常与其平的对应物（板）产生的变形完全不同。在这项工作中，我们讨论了沉积在流体基底上的壳的形态景观。浮壳自发地屈曲以适应自然的投影面积的过剩，并且根据其固有特性，出现结构化的屈曲配置。我们研究这些不稳定性的力学，并提供了一个理论框架来连接壳的几何形状与空间相关的限制。最后，我们讨论了利用几何形状和固有曲率作为控制薄表面上的图案制造的新工具的潜力。
2018-06-10 cond-mat.soft nlin.PS
Dynamic tuning of the director field in liquid crystal shells using block copolymers
当一个半导体液晶（LC）被限制在一个自封闭的球壳上时，拓扑约束会产生有趣的结果，这主要取决于LC在壳中的排列方式。我们证明了可逆的动态调整的对齐，从而拓扑结构，稳定的非离子两亲性嵌段共聚物普朗尼克F127的CNOLC壳。在α相的深处，指向矢与界面相切，但在接近向列-各向同性转变的温度TNI时，指向矢重新对准法线。我们将此链接到一个微妙的界面张力之间的相互作用，这是几乎独立的导演方向，和配置依赖的弹性形变能量的LC限制在一个壳。该过程主要是由加热引起的有序序参量的减少而触发的，因此在具有高TNI和低TNI的LC之间，重新排列温度分别相差几十度。在正弯曲的壳体外部的重新排列的温度总是低于在负弯曲的内部，从而在加热时产生复杂的拓扑重新配置。补充实验研究与数学建模和计算机模拟，我们确定和调查三种不同的轨迹，区分其配置的拓扑缺陷的初始切向对齐壳。我们的研究结果揭示了一个新的方面的复杂的响应LC弯曲的限制，表明LC本身的顺序可以影响的对齐，从而拓扑结构的系统。它们还揭示了两亲性嵌段共聚物稳定剂的潜力，用于实现LC壳构型的连续可调性，为拓扑动力学的深入研究以及新的应用打开大门，例如，传感和编程软执行器。
2020-06-01 cond-mat.soft physics.comp-ph
