Insights into DNA-mediated interparticle interactions from a coarse-grained model
DNA功能化粒子在设计复杂的自组装材料方面具有巨大的潜力。从DNA功能化颗粒实现晶体结构的主要障碍预计是将系统捕获在亚稳态无定形状态的动力学障碍。因此，探索颗粒组装过程的分子细节以理解潜在的机制是至关重要的。基于粗粒度模型的分子模拟可以为探索这些细节提供方便的途径。目前大多数DNA功能化颗粒的粗粒度模型忽略了DNA行为的关键化学和结构细节。因此，这些模型在研究实验现象的范围内是有限的。在本文中，我们提出了一个新的粗粒度模型的DNA功能化粒子，它结合了一些所需的功能的DNA行为。这里使用的粗粒度DNA模型提供了明确的DNA表示（在核苷酸水平上）和沃森-克里克碱基对之间的互补相互作用，这导致单链发夹和双链DNA的形成。在我们的模型中，多个互补链之间的聚集也被阻止。我们研究了两个DNA功能化颗粒之间的相互作用，作为DNA接枝密度，DNA的杂交和非杂交部分的长度和温度的函数。计算的自由能作为粒子之间的对距离的函数定性类似于DNA介导的对相互作用的实验测量。
2015-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Binding branched and linear DNA structures: from isolated clusters to fully bonded gels
DNA序列的适当设计允许通过一系列自组装过程形成具有受控相互作用的明确定义的超分子单元。在这里，我们受益于受控的DNA自组装，以实验方式实现具有明确定义的价态的粒子，即四价纳米星（A）和二价链（B）。我们特别关注的情况下，A粒子只能结合到B粒子，通过适当设计的粘性末端序列。因此，AA和BB债券是不允许的。这样的二元混合物系统用DNA基粒子再现了多官能缩合的物理学，对键合过程进行了精确的控制，通过B和A单元之间的比率r和温度T进行调节。我们报告了动态光散射实验在一个窗口的Ts范围从10°C到55°C和一个间隔r周围的渗滤过渡，以量化衰减的密度相关的不同情况下。在低温下，当所有可能的键都形成时，体系表现为完全键合的网络，取决于所选择的r，体系表现为澄清凝胶和团簇流体。
2017-12-15 cond-mat.soft
Probing DNA conformational changes with high temporal resolution by Tethered Particle Motion
拴系粒子运动（TPM）技术通过跟踪由单个DNA分子拴系到表面的粒子探针的布朗运动并检测其运动幅度的变化来告知DNA分子的构象变化，例如在与蛋白质成环或相互作用时。在这种情况下，我们讨论TPM的时间分辨率，这在很大程度上取决于粒子-DNA复合物的弛豫时间，即所需的特征时间，探索其配置空间的扩散。通过比较理论、模拟和实验，我们提出了一种动力学水平上的TPM校准：我们分析了弛豫时间如何随着DNA轮廓长度（从401到2080个碱基对）和粒子半径（从20到150 nm）而增长。值得注意的是，我们证明，对于半径为20纳米或更小的颗粒，由颗粒和表面引起的流体动力学摩擦不会显著减慢DNA。这使得我们能够确定TPM在不同实验环境中的最佳时间分辨率，其可以短至20 μ s。
2010-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ion Type Dependence of DNA Electronic Excitation in Water under Proton, alpha-particle, and Carbon Ion Irradiation: A First-Principles Simulation Study
本研究利用实时含时密度泛函理论模拟，揭示了质子、α粒子和碳离子辐照下水中DNA电子激发的量子力学细节，发现重离子能量转移增加但不符合线性响应预测，且高能空穴对电子阻止本领增加有显著贡献。
2024-01-09 cond-mat.soft
Theory and modeling of particles with DNA-mediated interactions
近年来，利用DNA用于纳米技术应用的建议引起了极大的关注。这些想法的潜在应用范围从胶体晶体的可编程自组装到生物传感器和基于纳米颗粒的药物递送平台。在第一章中，我们介绍了该系统，它一般由专门设计的DNA标记功能化的胶体颗粒。DNA标记上的碱基序列决定了粒子的类型。由于互补单链DNA之间的杂交，可以通过选择适当的DNA标记序列在颗粒之间引入特异性的、类型依赖性的相互作用。在第二章中，我们开发了一个统计力学描述的DNA介导的相互作用的颗粒的聚集和熔化行为。在第三章中，我们提出了一个模型来描述形成可逆键锁连接的粒子的动态偏离和扩散。在第四章中，我们提出了一种使用DNA支架自组装纳米粒子簇的方法。第五章讨论了一种自然的延伸，纳米粒子簇的可编程自组装，其中所需的簇几何形状是使用DNA介导的相互作用编码的。在第六章中，我们考虑了一种基于纳米颗粒的药物递送平台，用于靶向细胞特异性化疗。在第七章中，我们提出了未来的研究展望：DNA介导的胶体结晶和堵塞之间的联系，以及自组装中的逆问题。
2008-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular engineering of chiral colloidal liquid crystals using DNA origami
建立对微观构建块的形状和相互作用的精确控制对于设计具有新颖结构、光学和机械性能的宏观软材料是必不可少的。在这里，我们展示了强大的组装成胆甾相液晶，一维超分子扭曲带和二维胶体膜的DNA折纸丝。DNA“折纸”技术提供的精细控制在微观细丝结构和宏观螺距之间建立了定量关系。此外，它还能够实现1D扭曲带的稳健组装，其表现为有效的超分子聚合物，其结构和弹性特性可以通过控制基本构建块的几何形状来精确调节。我们的研究结果表明，DNA折纸技术和胶体科学之间的潜在协同作用，其中前者允许快速和强大的合成复杂的颗粒，后者可用于组装成散装材料的颗粒。
2017-05-24 cond-mat.soft
DNA self-organization controls valence in programmable colloid design
就像原子结合成分子一样，胶体可以根据一套设计原则自组织成预定的结构。控制化合价--粒子间键的数量--是组装复杂结构的先决条件。组装可以通过具有规定几何形状的固体“片状”颗粒来引导，以制造例如胶体金刚石。在这里，我们证明了单个分子连接器的纳米级排序可以结合起来编程微观组件的结构。具体而言，我们的实验表明，覆盖最初各向同性的微滴与$N$移动DNA连接器的结果在自发和可逆的自组织的DNA到$Z(N)$结合补丁，选择一个可预测的价。我们理解这种价态，推导出液滴-液滴粘附的自由能泛函，该泛函准确地预测了补丁内的平衡尺寸和分子组织，以及观察到的与$N$的价态跃迁。因此，可以通过选择粘合剂的分子性质和浓度来编程微观自组织。这些结果广泛适用于任何具有移动接头的颗粒的组装，例如功能化脂质体或细胞-细胞粘附中的蛋白质相互作用。
2021-09-02 cond-mat.soft
Adaptable DNA interactions regulate surface triggered self assembly
DNA介导的胶体颗粒之间的多价相互作用已经被广泛地应用于它们的编程体相行为和动态过程的能力。利用不同类型的DNA-DNA键之间的竞争，在这里，我们实验证明了在功能化表面的存在下，胶体自组装的选择性触发，这会引起粒子-粒子相互作用的变化。除了其相关的分层材料的制造与控制厚度，所提出的相互作用方案的固有的信号放大功能，使其有价值的生物传感应用。
2020-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Building up DNA, bit by bit: a simple description of chain assembly
我们模拟组装的DNA共聚物从两种类型的短双链体（短双链与单链突出端在每个末端），所描述的oxDNA模型。我们发现，链长的统计数据可以很好地再现一个简单的理论，把粒子的缔合成理想的（即，非相互作用）簇作为可逆化学反应。反应常数可以从Santalucia的理论或Wertheim的热力学微扰理论的球形斑片状粒子的关联预测。我们的研究结果表明，理论结合非常有限的分子细节可能是有用的预测广泛的共聚平衡功能。
2021-11-07 cond-mat.soft
Kinetically limited valence of colloidal particles with surface mobile DNA linkers
我们的特点与表面移动的DNA连接动力学限制价条件下的胶体粒子的自组装。为此，我们提出了一个计算机模拟模型，定量捕捉这些系统的主要动态过程之间的相互作用，并允许在实验中达到的长时间尺度的模拟。该模型通过与现有实验结果的直接比较进行验证，显示出整体良好的一致性，包括测量的平均有效价及其概率分布作为粒子表面上的DNA接头的密度的函数。最后，模拟结果被用来证明粒子密度和特征DNA杂交时间对有效价的相反影响。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nanostars planarity modulates the elasticity of DNA hydrogels
本研究通过oxDNA模型和元动力学模拟，构建了可自组装成三维渗透网络的DNA纳米星粗粒化模型，揭示了平面与非平面纳米星设计会导致截然不同的水凝胶弹性与流变特性。
2022-02-13 cond-mat.soft
Statistical Mechanics of DNA-Mediated Colloidal Aggregation
我们提出了一个统计力学模型的聚集在胶体系统与DNA介导的相互作用。我们用DNA的杂化自由能$ΔG$和两个依赖于模型的性质：平均DNA桥数$\left< N\right>$和有效DNA浓度$c_{eff}$，得到了两粒子结合能的一般结果.我们计算这些参数为一个特定的DNA桥接方案。所有的$n$ -聚体，包括无限的聚集体的分数，被证明是一个单一的参数直接相关的两粒子结合能的通用功能。我们明确地考虑到部分遍历性的问题所产生的缓慢的DNA结合-解结合动力学，并引入的概念的角度定位的DNA连接。通过这种方式，我们得到了DNA热力学和DNA胶体系统中的整体聚集和熔化性质之间的直接联系。该理论的结果被证明是在定量协议与最近的两个实验与微米和纳米尺寸的颗粒。PACS编号：81.16.Dn、82.20.Db、68.65.- k，87.14.Gg
2007-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hopping and crawling DNA-coated colloids
本文通过实验观察DNA包覆胶体在互补链表面附近的扩散，发现其存在跳跃与爬行两种运动模式，并揭示低温下结合链密度增加导致爬行占优的机制，为长程自组装设计规则提供了解释。
2023-10-28 cond-mat.soft
Probing a label-free local bend in DNA by single-molecule Tethered Particle Motion
能够表征DNA局部弯曲对于彻底理解许多生物过程是必不可少的，因为它们涉及双螺旋轴的局部弯曲，无论是序列固有的还是由蛋白质结合引起的。开发一种不干扰DNA本身或DNA-蛋白质复合物构象的DNA弯曲角测量方法是一项具有挑战性的任务。在这里，我们提出了一个联合的理论实验高吞吐量的方法来严格测量这种弯曲角度，使用系留粒子运动（TPM）技术。通过仔细建模的TPM几何形状，我们提出了一个简单的公式的基础上扭结蠕虫状链模型提取的弯曲角度从TPM测量。使用由575个碱基对DNA与1至7个6A-束的同相组装体制成的构建体，我们发现序列CA 6CGG诱导19 [4] °的弯曲角。我们的方法是成功地比较理论上更复杂或实验侵入性的，如环化，NMR，FRET或AFM。我们进一步将我们的程序应用于文献中的TPM测量，并证明蛋白质诱导的弯曲角度，如整合宿主因子（IHF）也可以可靠地评估。
2015-04-29 cond-mat.soft q-bio.BM
Binary superlattice design by controlling DNA-mediated interactions
大多数使用DNA功能化或其他方法创建的二元超晶格依赖于粒度差异来实现组成顺序和结构多样性。在这里，我们研究了DNA功能化的微米级颗粒（DFP）的二维（2D）组装，并采用了一种利用颗粒间相互作用中的可调差异的策略，从而为二元超晶格的设计开辟了新的途径，这种超晶格不依赖于调节颗粒尺寸的能力（即，熵驱动力）。我们的策略采用ssDNA互补链的定制混合物来控制二元混合物中微米级二氧化硅颗粒之间的颗粒间相互作用，以创建成分多样化的2D晶格。我们表明，在某些情况下，可以通过改变二元混合物的化学计量来进一步控制颗粒的排列。用这种方法，我们证明了编程的能力，到正方形，五边形，和六边形晶格的粒子组装。此外，不同的颗粒类型可以在正方形棋盘和六边形交替串、蜂窝和可果美排列中组成有序。
2017-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Designing DNA nanostar hydrogels with programmable degradation and antibody release
School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）；Centre for Engineering Biology, School of Biological Sciences, University of Edinburgh（爱丁堡大学生物科学学院工程生物学中心）；MRC Human Genetics Unit, Institute of Genetics and Cancer, University of Edinburgh（爱丁堡大学生物学与癌症研究所MRC人类遗传学单元）；International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI-SKCM 2 ), Hiroshima University（广岛大学绳结手性超物质可持续发展国际研究所（WPI-SKCM 2））
通过改变DNA纳米星（DNAns）的柔性接头、臂长和网格尺寸，利用限制性内切酶（RE）调控水凝胶降解，实现可编程的抗体释放，为响应性药物递送系统提供设计原则。
2026-06-18 cond-mat.soft
Tethered Particle Motion Technique in Crowded Media: Compaction of DNA by Globular Macromolecules
本研究通过布朗动力学模拟探讨TPM技术在高体积分数拥挤介质中表征DNA压缩的适用性，发现TFM技术比标准TPM更适合，并建议使用无亲水贴片的制备技术和DNA刷以接近体内浓度。
2024-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase Behavior and Selectivity of DNA-linked Nanoparticle Assemblies
我们提出了一个模型，可以解释实验观察到的DNA-纳米粒子组装体的相行为（R。Jin等人，JACS 125，1643（2003）; T. A. Taton等人，Science 289，1757（2000））。溶解的DNA连接体与DNA包覆的纳米颗粒的结合可以通过利用服从分数统计的量子颗粒的类比来描述。根据实验结果，我们预测的纳米胶体的相分离温度增加的DNA覆盖的胶体表面。加入盐后，分层温度随盐浓度的增加而增加。我们的分析提出了一种实验策略，将微观DNA序列映射到DNA纳米颗粒溶液的宏观相行为上。这种方法应该提高检测特定DNA序列中（单个）突变的方法的效率。
2004-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Surface-triggered cascade reactions between DNA linkers direct self-assembly of colloidal crystals of controllable thickness
用反应性DNA接头官能化胶体是编程自组装的通用方式。DNA选择性提供了对胶体-胶体相互作用的直接控制，从而允许结构的工程化，例如复杂的晶体或凝胶。然而，局部和有限结构的自组装仍然是一个具有许多潜在应用的开放问题。在这项工作中，我们提出了一个系统，其中功能化的表面引发的连接器之间的级联反应，导致自组装的晶体具有可控的层数。具体而言，我们认为胶体颗粒功能化的两个家庭的互补DNA连接器与移动锚定点，如在实验中发现的使用乳液或脂质双层。在本体中，由互补接头对形成的颗粒内连接防止颗粒间桥的形成，从而防止胶体-胶体聚集。然而，胶体与表面强烈相互作用，因为后者可以使颗粒内的连接不稳定。当与表面直接接触时，胶体被激活，这意味着它们具有更多准备反应的未配对DNA接头。然后，活化的胶体可以通过形成颗粒间的连接从本体中捕获和活化其他胶体。使用模拟和理论，通过现有的实验验证，我们澄清了热力学的激活和绑定过程，并解释如何粒子-粒子的相互作用，在吸附相，减弱作为从表面的距离的函数。后一种观察结果表明，自组装有限聚集体具有可控的厚度和平坦的固-气界面的可能性。我们的设计提出了一个新的途径来制造异质和有限的结构。
2018-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropy-driven phase behaviour of all-DNA associative polymers
本研究数值模拟了全DNA缔合聚合物，发现$(AA)_6$和$(AB)_6$架构在低温下因分子内外键合的拓扑约束差异表现出不同的相行为，确立了DNA APs作为研究聚合物网络热力学对结合位点架构依赖性的实验平台。
2025-08-18 cond-mat.soft
The interplay between thermodynamics and kinetics in the self-assembly of DNA functionalized nanoparticles
我们使用一个粗粒度的DNA功能化粒子模型来理解DNA链长度对其自组装的作用。我们发现，对于一个给定的颗粒尺寸增加链长降低的倾向，形成有序的晶体组件，相反，无序结构开始形成时，链长超过一定的阈值，这是与以前的实验一致。模拟数据的进一步分析表明，随着链长的增加，颗粒间的相互作用减弱，从而将合适的组装条件转移到组装动力学不利的较低温度。这突出了热力学和动力学之间复杂的相互作用，我们建议可以通过改变系统参数（如DNA接枝密度）来调节，从而使具有较长DNA链长的颗粒成功结晶。我们的研究结果突出了计算建模在阐明基本设计原则和指导纳米粒子组装形成复杂纳米结构方面的作用。
2020-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Irregular model DNA particles self-assemble into a regular structure
具有三重配位的DNA纳米颗粒在实验中被观察到自组装成相当于六边形（6.6.6）镶嵌的网络和相当于4.8.8阿基米德镶嵌的网络。这两个网络都是从单一类型的顶点构建的。在这里，我们使用分析理论和平衡和动态模拟表明，一个模型粒子，其旋转属性之间的6.6.6和4.8.8网络的顶点，可以自组装成一个网络，从三种类型的顶点。在形成这种网络中重要的是颗粒在结合时旋转的能力，从而允许形成多于一种类型的结合基序。这个网络相当于一个假瓦片，一个由不规则多边形构成的周期性结构，在它的单元格中有40个粒子。这种复杂结构的出现，其对称性与其组成粒子的对称性没有明显的关系，突出了从现有纳米粒子的简单变体中创建新结构的潜力。
2017-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Macroscopic DNA-programmed photonic crystals via seeded growth
本文提出一种稳健的两步法协议，通过微流控液滴组装与晶种扩散限制生长，成功制备包含数百万光学级DNA功能化颗粒的宏观单畴光子晶体，克服了动力学陷阱，为DNA编程光子器件工程化扫除关键障碍。
2023-03-07 cond-mat.soft physics.optics
DNA driven self-assembly of micron-sized rods using DNA-grafted bacteriophage fd virions
我们已经用寡核苷酸功能化fd噬菌体病毒粒子的侧面，以诱导DNA杂交驱动的高纵横比丝状颗粒的自组装。这种新结构的潜在影响范围从DNA折纸结构中的全新构建块，DNA纳米结构和纳米机器中的病毒体的包含，到向溶致液晶系统添加热致控制的新手段。一个协议生产的病毒体在散装审查。使用异双功能化学接头将硫醇化寡核苷酸连接至病毒衣壳。利用常用的系统，其中粘性单链DNA链连接到惰性双链间隔区以增加颗粒间连接性。携带互补链的fd病毒体的溶液被混合，退火，并使用动态光散射（DLS），荧光显微镜和原子力显微镜（AFM）研究它们的聚集。在冷却时清楚地观察到聚集，具有一定程度的局部有序性，并且当温度通过DNA杂交转变循环时是可逆的。
2014-11-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-assembly of bi-functional patchy particles with anisotropic shape into polymers chains: theory and simulations
已知短的平端DNA双链体（低至6个碱基对）的浓缩溶液会有序地进入双相液晶相。这种自组装是由于双链体末端之间的堆叠相互作用，促进它们聚集成具有显著持久长度的多分散链。实验表明，液晶相的形成取决于双链体长度的临界体积分数以上。我们介绍和调查，通过数值模拟，一个粗粒度的DNA双螺旋模型。每个双链体被表示为硬准圆柱体，其基部被两个相同的反应位点装饰。终端站点之间的堆叠相互作用是通过一个短程方阱势建模。我们比较的数值计算结果与预测的基础上的自由能泛函，并找到满意的定量匹配的各向同性的，非对称的相边界和系统结构。数值和理论结果与实验结果的比较证实，DNA双链体的自组装可以通过圆柱形颗粒的平衡聚合反应，使我们能够估计堆叠能适当建模。
2011-08-31 cond-mat.soft
Self-assembly of two-dimensional binary quasicrystals: A possible route to a DNA quasicrystal
我们使用蒙特卡罗模拟和自由能技术表明，五价和六价的二维片状粒子的二元溶液可以形成稳定的准晶体，即使在非常窄的补丁宽度，提供他们的补丁相互作用选择在一个适当的方式。这种片状颗粒可以被认为是DNA多臂“星形”基序的粗粒度表示，可以通过调整突出臂的DNA序列来选择它们彼此非常特异地结合。我们探讨了几种可能的设计策略，并得出结论，DNA星瓦，旨在相互作用，在一个特定的，但不过分约束的方式，可能会被用来构建软准晶体在实验中。我们验证了这样的星瓦可以形成稳定的十二边形图案使用oxDNA，一个现实的粗粒度的DNA模型。
2016-07-22 cond-mat.soft physics.chem-ph
Reply to Comment on "Why is the DNA Transition First Order?" and "Griffiths Singularities in Unbinding of Strongly Disordered Polymers" by M. Ya. Azbel
它表明，在评论中提出的各种索赔M。Ya. Azbel（物理学/0403106）在两个出版物物理。91，055502（2003）和Phys. Rev. Lett. 85，4988（2000）无效。这是对这两份文件要点的误解造成的。
2004-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mechanistic Framework for Multicomponent Nanoparticle Assembly: Predicting RNA-lipid and PEI-DNA nanoparticle assembly
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
该研究提出结合kMC模拟的计算框架FormLNP，可预测RNA-脂质和PEI-DNA纳米颗粒的单颗粒性质分布，揭示组装路径对异质性分布的影响。
2026-09-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Modeling the relative dynamics of DNA-coated colloids
我们构建了一个理论模型的动力学的微尺度胶体颗粒，建模为一个间隔，水平移动的DNA涂层的表面上，建模为一条线涂有弹簧，可以坚持的间隔。对快速的DNA动力学求平均，得到孤立粒子的演化方程，其中包含摩擦和扩散。DNA诱导的摩擦系数取决于DNA的物理性质，并且用弱相互作用DNA密集涂覆的1 $μ$ m胶体的典型参数值替代，得到比相应的流体动力学摩擦系数大约100倍的系数。我们使用平均场扩展的模型，以更高的维度来估计摩擦张量的光盘旋转和平移水平沿一条线。当DNA链非常硬和短时，圆盘滚动的摩擦系数接近于零，而圆盘滑动的摩擦仍然很大。总之，这些结果可能对DNA包被的胶体或其他配体-受体系统的动力学具有重要意义，这意味着DNA诱导的胶体之间的摩擦可能比流体动力学摩擦更强，应该纳入模拟，并且它非常依赖于相对运动的类型，可能导致颗粒聚集成由具有最小摩擦的路径控制的非平衡亚稳态。
2018-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Electrophoretic Capture of a DNA Chain into a Nanopore
基于我们提出的孔附近DNA电泳的公式[P.Rowghanian和A. Y. Grosberg，Phys.Rev.E87，042723（2013）]，我们将电泳DNA捕获到纳米孔中作为粒子吸收到放置在能量屏障顶部的汇的稳态过程。我们的模型将之前观察到的扩散限制和势垒限制机制再现为粒子吸收过程的两个不同限制并匹配数据，表明对于非常大的DNA分子，捕获率随着DNA长度的增长比之前的模型更慢，激发了更多超出当前电场和DNA长度范围的实验。在中等强度的弱电场下，我们的模型预测了不同的效果，指出捕获率的DNA长度依赖性首先随着电场的减小而消失，并最终逆转为$N$的下降趋势。
2013-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Quasi-periodic and fractal polymers: Energy structure and carrier transfer
我们以B-DNA为原型系统，研究了由$N$单体构成的具有固定边界的非周期聚合物的能量结构和额外电子或空穴的相干转移。我们使用紧束缚线模型，其中一个位点是单体（例如，在DNA中，一个碱基对）。我们考虑准周期（Fibonacci，Thue-Morse，Double-Period，Rudin-Shapiro）和分形（Cantor Set，Asymmetric Cantor Set）聚合物由相同的单体（I聚合物）或由不同的单体（D聚合物）组成。对于所有类型的聚合物，我们计算了HOMO和LUMO本征谱，HOMO-LUMO能隙和态密度。我们检查平均随时间的概率，以找到在每个单体的载流子，载流子转移的频率含量（傅立叶光谱，每个单体的加权平均频率，聚合物的总加权平均频率），和纯平均转移速率$k$。我们的研究结果表明，有一个对应的结构复杂度和传输性能。I聚合物比D聚合物更有利于电荷转移。我们比较了准周期和分形序列的$k(N)$与周期序列（包括均聚物）以及随机混洗序列。最后，我们讨论了我们的相干纯平均转移率在DNA中的电荷转移率的实验结果方面。
2019-03-11 cond-mat.soft
The underappreciated role of nonspecific interactions in the crystallization of DNA-coated colloids
本文研究了非特异性相互作用对DNA包覆胶体二元混合物结晶的影响，发现改变空间位阻和范德华力可调控产生包括氯化铯型和铜金型在内的多种体心四方晶体，并通过模拟和理论模型揭示了特定与非特定力平衡决定晶体结构，强调了晶体工程设计中考虑非特异性相互作用的重要性。
2025-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Accurate phase diagram of tetravalent DNA nanostars
我们评估，通过分子动力学模拟采用一个现实的DNA粗粒模型，四价DNA nanostars，即完全由DNA纳米结构的相行为和结构和动力学性质。我们发现，当体系冷却时，四聚体在一定浓度范围内发生气-液相分离，如果考虑盐浓度的差异，这与最近测量的实验相图[S. Biffi \textit{et al}，Proc. Natl. Acad. Sci，\textbf{110}，15633（2013）]。我们还提出了一个平均场的自由能建模的相图的基础上的键合的贡献，来自Wertheim在其研究中的关联液体，结合质量作用定律表达适合DNA结合和数值评估的参考自由能。由此产生的自由能定性地再现了数值数据。最后，我们报告的nanostar结构的信息，例如几何形状和灵活性的单一四聚体和集体行为，为未来的小角度散射实验提供了一个有用的参考，所有调查的温度和浓度。
2014-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
DNA-Protein Binding Rates: Bending Fluctuation and Hydrodynamic Coupling Effects
我们研究扩散粒子和半柔性聚合物上的靶位点之间的扩散限制反应，这是决定DNA-蛋白质结合和细胞骨架丝聚合动力学的关键因素。我们的理论集中在两个竞争的影响：聚合物的形状波动，这加快协会，和扩散颗粒和链之间的流体动力学耦合，这减慢协会。聚合物弯曲波动使用平均场动力学理论，而聚合物和颗粒之间的流体动力学耦合是通过一个简单的启发式近似。这两个我们验证通过比较与布朗动力学模拟。这两种效应都没有得到充分考虑之前在生物物理方面，我们表明，他们是必要的，以形成准确的估计反应过程。缔合速率取决于聚合物的刚度和颗粒尺寸，表现出最大的中间持久长度和最小的中间颗粒半径。在与DNA-蛋白质结合相关的参数范围内，与简单质心运动的Smoluchowski结果相比，速率增加高达100%。理论所作的定量预测可以通过实验来检验。
2010-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
DNA transport by a micromachined Brownian ratchet device
我们已经用微机械加工了一个硅芯片装置，它用一个布朗棘轮来传输DNA，这个布朗棘轮可以纠正微观粒子的布朗运动。DNA 50聚体的输运性质与理论预测一致，DNA扩散常数与以前的实验结果一致。这种类型的微机器可以为DNA或其他带电物质提供通用泵或分离组件，作为微尺度芯片实验室的一部分。具有减小的特征尺寸的设备可以产生基于尺寸的DNA分子分离，其应用包括检测单核苷酸多态性。
1999-12-22 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio
A self-assembled periodic nanoporous framework in aqueous solutions of the DNA tetramer GCCG
本研究发现DNA 4碱基寡聚体GCCG在高浓度水溶液中可自组装形成体心立方晶格的三维周期性介观纳米孔框架，原子模拟验证了其稳定性，为低成本制备新型纳米框架提供了新途径。
2024-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Statistical physics and mesoscopic modeling to interpret tethered particle motion experiments
拴系粒子运动实验是一种多功能的单分子技术，使人们能够在体外处理DNA的分子特性及其与参与遗传调控的各种伙伴的相互作用。这些技术提供了原始数据，如跟踪粒子的运动幅度，从中必须恢复有关DNA构象或状态的相关信息。解决这个逆问题需要在过去二十年中设计的特定理论工具，以及应该实施的数据预处理程序，以避免这些实验技术固有的偏差。本文对这些统计工具和模型进行了综述。
2019-09-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
With a little help of DNA: Morphological diversity of colloidal self-assembly
我们从理论上研究了一个二元系统，其中不同粒子的吸引力与类型无关的软核排斥相结合。该系统可能的实验实现是DNA覆盖的胶体的混合物，其中DNA溶液可以诱导排斥和吸引。该系统表现出令人惊讶的多样性和不寻常的形态。其中包括金刚石晶格和具有面内方序的膜相，这是自发致密化的一个引人注目的例子。
2001-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling the size and adhesion of DNA droplets using surface-active DNA molecules
本研究利用可结合DNA纳米星的长DNA作为表面活性剂，通过其刷状结构产生的分离压实现了DNA液滴尺寸与粘附性的调控，为生物分子液滴的基础研究与应用提供了新方法。
2023-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Linker-mediated phase behavior of DNA-coated colloids
纳米技术研究的一个中心目标是确定纳米和微观成分之间的局部相互作用，以指导它们以可预测的方式组装。在这篇文章中，我们提出了一个新的范例，其中的DNA功能化的胶体粒子的自组装程序使用分散在溶液中的连接寡核苷酸。我们发现了一个相图，这是令人惊讶的丰富相比，其他DNA功能化的胶体颗粒，通过直接杂交相互作用的典型相图，包括在增加连接体浓度时的折返熔融转变，并显示多个连接体物种可以组合在一起，同时规定许多相互作用。一个新的理论预测所观察到的相行为定量没有任何拟合参数。总之，这些实验和模型为未来的可编程自组装研究奠定了基础，使编程组装完全可寻址的介观结构所需的数百种特定相互作用成为可能，同时也扩大了我们对胶体悬浮液中独特相行为的基本理解。
2019-03-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Mechanical response to tension and torque of molecular chains via statistically interacting particles associated with extension, contraction, twist, and supercoiling
一种方法，用于统计力学分析的聚合物链在张力下引入先前扩展到包括扭矩。在这种分析方法的框架中，单体之间或整个单体组之间的单个键对张力和扭矩的组合的响应涉及（热或机械）激活特定混合的统计相互作用粒子，这些粒子携带伸展或收缩量子和扭曲或超螺旋量子。该方法，这是阐明在日益复杂的应用，是能够描述扭曲的手征和plectonemic手征之间的转换在准静态过程。控制变量是力或伸展和扭矩或连接（扭曲和扭动的组合）。这种方法的多功能性证明在两个应用程序相关的和有前途的双链DNA下控制的张力和扭矩。一个应用描述了与实验数据一致的（天然）B-DNA、（下缠绕）S-DNA和（上缠绕）P-DNA之间的构象转换。另一个应用程序描述了扭转链和超螺旋链之间的转换如何适应屈曲过渡中的连接和多余长度的变化。
2022-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Polymer compaction and bridging-induced clustering of protein-inspired patchy particles
许多蛋白质或蛋白质复合物具有多个DNA结合结构域。这使得它们能够同时结合到DNA分子（或染色质纤维）上的多个点。还发现许多蛋白质能够在体外压缩DNA，并且当在体内进行荧光标记和成像时，在病灶或斑点中观察到许多其他蛋白质。在这项工作中，我们研究，使用粗粒度的朗之万动力学模拟，由简单的模型蛋白质和被称为“桥接诱导的吸引力”的现象的聚合物的压实。后者是在先前的模拟中观察到的机制[Brackley等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110（2013）]，其中被建模为球体的蛋白质通过其与聚合物的多价相互作用形成簇，即使在不存在任何明确的蛋白质-蛋白质吸引相互作用的情况下。在这里，我们扩展这个概念，考虑更详细的模型蛋白质，表示为简单的“补丁颗粒”与半柔性珠和弹簧聚合物相互作用。我们发现，无论是压缩能力和桥接诱导的吸引力的效果依赖于模型蛋白质的价。这些效应还取决于蛋白质的形状，这决定了它形成桥梁的能力。
2019-12-06 cond-mat.soft q-bio.BM
Inverse design of a pyrochlore lattice of DNA origami through model-driven experiments
本文将 SAT-assembly 算法与 DNA 粗粒化模拟结合，构建模型驱动的实验流程，成功实现两种补丁 DNA 折纸自组装形成烧绿石晶格并经 SAXS 和 SEM 验证。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
