调控大分子链经纳米复合管道移位的研究

This project simulates the translocation of macromolecular chains through nano-sized compounded channels, study the diffusion laws of chain in compounded channels and its microscopic explanation, calculate the free energy of polymer translocation and analyze the relation between translocation time and property of channel, and find out how to realize the ratcheting and trapping effects and investigate the influence of them on the translocation time. We will design new compounded channels to control the translocation time of macromolecular chain, and to achieve the directional move and controllable step wise move of chain through channel. This project aims to discover universal laws of chain translocation through compounded channels, clarify the underlying physics of its dynamical mechanism, discover key factors in regulating the motion of chain, and propose methods to regulate the motion of chain. The results will be helpful in studying fast separation and detection of DNA, and is important in the study on basic theory of soft condensed matter physics as well as in the investigation of bio-technology.

本项目模拟大分子链经纳米复合管道的移位，研究大分子链在复合管道中的扩散规律并给出微观的解释，计算大分子链移位的自由能，分析移位时间与管道性质的关系，揭示如何利用复合管道实现棘轮和陷阱效应并研究它们对移位时间的影响。模拟设计新型复合管道，实现控制大分子链的移位时间，并继而实现大分子链的定向运动以及可控的步进运动。本项目旨在揭示大分子链在复合管道中移位的普适规律，阐明其动力学本质和机制，找到调控大分子链移位的关键因素，提出调控大分子链运动的方法。研究成果有助于研究DNA的快速分离和检测，对软凝聚态物理的基础理论研究及生物技术的研究有重要的意义。

本项目模拟了大分子链在受限空间(管道、狭缝等)中的构象和动力学性质，分析了不同受限条件下的标度关系。模拟了大分子链经多种纳米管道的移位，计算大分子链移位的自由能，从自由能角度对模拟结果给出了微观解释，分析移位时间与链性质和管道性质的关系，讨论如何控制大分子移位时间的方法。模拟设计多种新型复合管道，实现了对大分子链移位时间的控制，并给出了物理机理。本项目的研究找到了调控大分子链移位的关键因素，提出调控大分子链运动的方法，部分阐明其动力学本质和机制。研究成果有助于研究DNA的快速分离和检测，对软凝聚态物理的基础理论研究及生物技术的研究有重要的意义。