【摘要】：高分子鏈穿過納米孔移位的過程不僅常見于許多生命過程,如蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的跨膜傳輸,RNA通過細(xì)胞核孔的轉(zhuǎn)移,從病毒向靶細(xì)胞注射DNA等;也在生物,醫(yī)藥,化工等方面有著廣闊的應(yīng)用前景,比如基于納米孔的DNA測序技術(shù)越來越方便低廉,生物體內(nèi)可控的藥物輸運,膠體電泳,以及基因治療等。本論文主要利用朗之萬動力學(xué)模擬和�？�-普朗克公式計算兩種方法研究了高分子鏈的性質(zhì)對其穿過納米孔的移位動力學(xué)的影響。論文研究的主要成果如下:(1)利用雙吸收邊界條件下的福克-普朗克公式計算了部分帶電高分子鏈通過中性納米孔的移位時間。對于僅一個鏈節(jié)帶電的高分子鏈,我們發(fā)現(xiàn)鏈的移位時間取決于帶電鏈節(jié)的位置和孔內(nèi)驅(qū)動力的大小。當(dāng)電荷位于穿孔高分子鏈的前半部分時,其移位時間大于中性高分子鏈的移位時間,且移位時間隨著驅(qū)動力的增大而增大;當(dāng)電荷位于穿孔高分子鏈的后半部分時,其移位時間小于中性高分子鏈的移位時間,且移位時間隨著驅(qū)動力的增大而減小。我們還研究了電荷位置對稱分布的帶兩個同種及異種電荷的高分子鏈,以及帶有兩個位置隨機分布的電荷的高分子鏈的移位行為。研究結(jié)果都表明,部分帶電高分子鏈的移位時間與電荷位置和驅(qū)動力的大小有關(guān)。(2)利用朗之萬動力學(xué)模擬研究了半剛性高分子鏈的剛性對其穿過納米孔移位過程的影響。模擬結(jié)果表明,由于剛性高分子鏈比柔性高分子鏈?zhǔn)艿礁蟮恼硿枇?因此移位時間隨剛性的增加而增加。移位時間與剛性、高分子鏈長以及驅(qū)動力之間的標(biāo)度關(guān)系,都依賴于剛性和鏈長。從這些標(biāo)度定律可以看出,當(dāng)剛性較小且鏈長較長時(鏈的回轉(zhuǎn)半徑大于鏈的持久長度),我們可以把半剛性高分子鏈看作是柔性高分子鏈;而當(dāng)剛性較大且鏈長較短時(鏈的回轉(zhuǎn)半徑小于鏈的持久長度),我們則可以把半剛性高分子鏈看作是剛性高分子鏈。模擬結(jié)果還表明,隨著剛性的增加,移位過程中的非平衡效應(yīng)減弱。(3)高分子鏈的構(gòu)象性質(zhì)與溫度有關(guān),高分子鏈在高溫處于無規(guī)線團狀態(tài),而在低溫處于緊密球狀態(tài)。采用朗之萬動力學(xué)模擬研究了溫度對帶電高分子鏈從有排斥相互作用的納米孔中逃逸的影響。逃逸時間與高分子鏈長度之間具有?_(esp)~N~(2.43?0.05)的標(biāo)度關(guān)系,我們發(fā)現(xiàn)該標(biāo)度指數(shù)與溫度無關(guān)。這個標(biāo)度指數(shù)值與高分子鏈的無驅(qū)穿孔移位時間與鏈長的標(biāo)度關(guān)系相同。而逃逸時間隨溫度增加以指數(shù)形式?_(esp)~exp(A/T)降低,我們觀察到不同的溫度依賴行為:在高溫(TT_H)條件下A=0.76?0.02,在中溫(T_LTT_H)條件下為A=0.18?0.01,在低溫(TT_L)條件下為A=0.80?0.02。我們從自由能的角度分析了A在中溫區(qū)特別小的物理機制。我們還分析了產(chǎn)生這三種溫區(qū)的原因。我們發(fā)現(xiàn),?_(esp)可以表示為逃逸總步數(shù)與每步所需時間的乘積,隨著溫度的降低,每步所需時間在T_H急劇增加,然后高分子鏈逃逸總步數(shù)在T_L急劇增加。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q6-3

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