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
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
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
Passage Times for Polymer Translocation Pulled through a Narrow Pore
我们研究了长度为$N$的易位聚合物在三维空间中的通过时间，同时将其通过一个狭窄的孔，并将恒定的力$F$施加到聚合物的一端。在小到中等的力下，满足条件$FN^ν/k_BT\lesssim1$，其中$ν\approx0.588$是聚合物的Flory指数，我们发现$τ_N$，聚合物离开孔所需的平均时间，与$F$无关地缩放为$N^{2+ν}$，与我们早先的F=0结果一致。在强力下，即，对于$FN^ν/k_BT\gg1$，通过时间的行为与$τ_N\sim N^2/F$交叉。我们在这里表明，这些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。
2007-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Free Energy and Diffusivity in the Fokker-Planck Theory of Polymer Translocation
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
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
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$线性缩放。
2010-06-08 cond-mat.soft
Pore-blockade Times for Field-Driven Polymer Translocation
我们研究了一个易位聚合物的长度$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$是周围的聚合物的介质的粘度。
2008-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Using a Péclet Number for the Translocation of Polymer through a Nanopore to Tune Coarse-Grained Simulations to Experimental Conditions
粗粒度模拟通常用于研究DNA通过纳米孔的移位。这些研究中的大多数在相对一般的意义上调查易位过程，并不试图匹配任何特定的实验条件。在这篇手稿中，我们使用的概念的佩克莱数易位，$P_t$，比较漂移扩散平衡在一个典型的实验与一个典型的模拟。我们发现，与使用dsDNA的实验条件相比，标准的粗粒度方法高估了扩散效应5到50倍。通过定义一个粗粒度参数$λ$，我们能够纠正这一点，并调整模拟复制实验$P_t$（对于dsDNA和其他情况）。为了显示特定的$P_t$可以对易位的动力学产生的影响，我们针对两种不同类型的驱动力在宽范围的$P_t$值上进行模拟：施加在孔中的力和施加到聚合物末端的拉力。当$P_t$将系统从扩散主导的状态带到漂移主导的状态时，观察到各种效应，包括易位时间$τ$对$P_t$的非单调依赖性和易位概率的急剧上升。比较这两种力的情况下，说明了拥挤效应的影响，发生在反侧：一个非单调的依赖性的$τ$分布的宽度得到的孔隙力，但不是拉力。
2014-07-03 cond-mat.soft
Velocity fluctuation and force scaling during driven polymer transport through a nanopore
本研究通过图案化DNA纳米结构测量聚合物易位过程中的瞬时速度，揭示速度波动与力标度规律，连接实验与理论，为优化纳米孔传感性能提供指导。
2024-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Geometric Optimization of Patterned Conductive Polymer Composite-based Strain Sensors Toward Enhanced Sensing Performance
本文提出一种新型通用压阻模型结合数值方法，模拟并预测图案化导电复合材料应变传感器的机电性能，并通过激光诱导石墨烯传感器验证，同时利用拉丁超立方抽样和Pareto最优解实现多参数优化。
2025-03-07 cond-mat.soft
Sensing adsorption kinetics through slip velocity measurements of polymer melts
测量了聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物熔体在弱吸附表面上的非线性滑移行为随时间的演变，该弱吸附表面由密集端接枝到熔融石英棱镜表面的短的非缠结PDMS链制成。熔体进入非线性滑移区的临界剪切速率随时间增加。熔体在同一表面上的吸附动力学已被确定独立使用椭圆偏振。我们表明，可以解释的缓慢吸附的熔体链使用Brochard-de Gennes的模型的滑移的演变。
2018-06-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
When Knots are Plectonemes
本研究发现纳米孔中dsDNA易位时被误认为结的特征实为螺旋绞旋，其形成由溶剂流诱导的DNA旋转和扭转传播主导，为准确分析聚合物运输提供了新视角。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Multivalent cation induced attraction of anionic polymers by like-charged pores
基于纳米孔的聚合物传感器件的效率取决于带负电荷的孔对阴离子聚电解质的快速捕获。这需要消除与排斥性聚合物-孔相互作用相关的静电势垒。我们开发了一个相关校正的理论表明，聚合物所经历的障碍，可以有效地克服通过添加到电解质溶液中的多价阳离子。阳离子吸附到孔中增强了孔介质相对于本体储层的筛选能力，这转化为对聚合物的吸引力。超过一个临界的多价阳离子浓度，这种相关性引起的吸引力克服了静电势垒，并触发了吸附的聚合物的电荷相同的孔。结果表明，一价盐抑制了同电荷聚合物-孔吸引，但膜电荷强度和孔限制增强了同电荷聚合物-孔吸引。我们的预测可以提供增强的控制易位实验中的聚合物运动。
2017-07-03 cond-mat.soft
Dipolar Self-Interactions Drive Polymer Chain Collapse
本研究发现两端约束的介电聚合物链在强电场下会因非局域偶极相互作用和单体各向异性极化发生急剧塌缩，该现象对电场方向和链拉伸敏感，为驱动传感及介电聚合物失稳、电击穿研究提供新方向。
2025-09-02 cond-mat.soft
Crumpling for Energy: Modeling Generated Power from the Crumpling of Polymer Piezoelectric Foils for Wearable Electronics
我们考虑在服装中嵌入大的聚合物压电片用于可穿戴电子应用的传感和能量收集的可能性。电力是由人体运动引起的衣服起皱产生的。从轻轻皱箔的力学，我们开发的开路电压和短路电流的理论模型和标度律，并通过实验验证。得出的结论是，拉伸是占主导地位的电荷产生机制与开路电压和短路电流缩放为$l^{i}$和$l^{i-1}(\mbox{d}l/\mbox{d}t)$，分别与$1\leq i\leq 4/3$和$l$的高度的压溃锥。
2017-02-18 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
Transport in polymer-gel composites: Theoretical methodology and response to an electric field
本文提出了电迁移、扩散和对流传输聚合物-凝胶复合材料的理论模型。体属性来自标准电动力学模型与嵌入在电解质饱和Brinkman介质中的不可穿透的带电球体。由于微结构可以仔细控制，这些材料是有前途的候选人，增强凝胶电泳，化学传感，药物输送和微流体泵送技术。该方法为静电势、浓度和压力梯度引起平衡扰动的情况提供了“精确”解决办法。虽然夹杂物的体积分数应该很小，但麦克斯韦著名的传导理论表明，该理论在中等体积分数下也可能是准确的。在这项工作中，该模型被用来计算离子通量，电流密度和对流引起的外加电场。电场诱导（电渗透）流是一个敏感的指标，包括zeta电位和大小，电解质浓度，达西渗透性的凝胶，而电导率增量是最经常独立的聚合物凝胶，是不太敏感的颗粒和电解质的特性。
2006-01-13 cond-mat.soft
Selective colloid transport across planar polymer brushes
提出平均场理论分析平面聚合物刷中胶体的结合与传输，揭示通过调整刷性质实现高选择性和渗透性的条件，为设计传感纯化装置和理解生物聚合物刷功能提供理论支持。
2025-04-03 cond-mat.soft
Unifying hydrodynamic theory for motility-regulated active matter: from single particles to interacting polymers
University of Geneva（日内瓦大学）
研究如何微观运动性影响集体行为，提出统一的流体力学理论，揭示了由群体感应调控的活性聚合物中新的运动性诱导相分离形式，即反MIPS。
2026-04-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rings in Random Environments: Sensing Disorder Through Topology
本文通过分子动力学模拟研究了拓扑结构在DNA凝胶电泳实验中的作用。凝胶被建模为障碍物的3D阵列，其中半边缘以概率p随机移除，从而生成无序环境。凝胶微观结构的变化通过测量环聚合物在介质中移动的电泳迁移率来捕获，而它们的线性对应物提供了一个控制系统，因为我们表明它们对这些变化不敏感。我们表明，环状聚合物提供了一种新的非侵入性的方式利用拓扑结构来感知微观无序。最后，我们将模拟结果与非平衡微分迁移率的解析模型进行了比较，发现模拟结果与理论结果吻合得很好
2014-12-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sensing solvents with ultra-sensitive porous poly(ionic liquid) actuators
我们介绍了一种新的概念，用于制造具有前所未有的灵敏度和精度的溶剂刺激聚合物致动器。这是通过将多孔结构和静电络合梯度集成在具有用于溶剂吸附的离子液体物种的聚（离子液体）膜中来实现的。在与水中的1.5mol%丙酮分子接触时，致动器膜（1 mm × 20 mm × 30 μ m）弯曲成闭环。虽然溶剂和聚合物之间的相互作用驱动驱动的驱动，连续梯度的络合度结合多孔结构优化的驱动，使其具有高灵敏度，甚至能够区分丁醇溶剂异构体。膜还能够协同致动。该设计概念易于实现，并适用于其他MEMS系统，这在很大程度上巩固了它们在智能和敏感信号微机器人/设备中的潜力。
2016-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Statistical Field Theory of Polarizable Polymer Chains with Nonlocal Dipolar Interactions
本文提出统计场论框架，将离散单体正则化为连续偶极分布，通过局域静电学PDE处理非局域偶极相互作用，支持任意各向异性与非线性极化率。
2024-04-03 cond-mat.soft
Current fluctuations in nanopores reveal the polymer-wall adsorption potential
通过聚合物吸附改性表面性质是一种广泛使用的技术，用于调节分子实验（如纳米孔传感）中的相互作用。在这里，我们研究了通过固态纳米孔的离子电流噪声如何反映了短的中性聚合物在孔表面的吸附。的噪声的功率谱密度示出了一个特征的变化后，吸附的聚合物，其幅度是强烈依赖于聚合物的长度和盐的浓度。特别是，对于短的聚合物在低盐浓度下没有观察到变化，尽管在这些系统中使用石英晶体微量天平测量的可比吸附验证。我们建议，特征噪声是由聚合物在表面上和表面外的运动产生的，并进行模拟来评估该模型的可行性。使用物理动机的模拟参数，获得与实验数据的极好的一致性，提供了深入了解的形状的吸附势和基本过程。这为使用噪声光谱分析原位表征功能化纳米孔铺平了道路。
2021-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
How a polymer filling enhances the rate and selectivity of colloid permeation across mesopores
CNRS, Université de Pau et des Pays de l’Adour（法国国家科学研究中心，波城及亚多尔地区大学）；Wageningen University（瓦赫宁根大学）；University of Leeds（利兹大学）；National Research Centre “Kurchatov Institute”（库尔恰托夫国家研究中心）；American University of Beirut（贝鲁特美国大学）
该研究揭示了聚合物功能化介孔的作用机制，证明经设计的聚合物填充物可提升胶体渗透速率与选择性，为核孔复合体的渗透选择性提供物理解释，也为相关装置设计提供策略。
2026-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Direct measurements reveal non-Markovian fluctuations of DNA threading through a solid-state nanopore
聚合物链穿过小孔是聚合物动力学中的经典问题，并且是纳米孔传感技术的基础。然而，在固态纳米孔中的聚合物运动的重要实验方面，例如在移位期间的速度变化的准确测量，仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们分析了易位通过锥形石英纳米孔的7 kbp的DNA双链标记的六个标记物沿其轮廓等距。这些标记，构建从DNA发夹，提供直接的实验访问的易位动力学。平均而言，我们测量到在移位期间速度降低5%。我们还发现了一个惊人的相关性的衰减常数为100 μs的速度波动。这些结果揭示了迄今尚未解决的问题，在动力学的DNA易位，并提供指导实验，试图确定沿DNA链的位置信息。
2016-07-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
