沿 DNA 二聚体、三聚体和聚合物的电子或空穴转移的系统研究

本文采用紧束缚方法，在碱基对水平上系统研究了沿 DNA 二聚体、三聚体和聚合物的电子或空穴转移，使用了相关的碱基对在位能和连续碱基对之间的跳跃参数。通过特征值法数值求解了 $N$ 个耦合微分方程组，从而确定了电子或空穴沿 $N$ 个碱基对 DNA 片段的时间和空间演化。定义并计算了有用的物理量，包括最大转移百分比 $p$ 和纯最大转移速率 $\frac{p}{T}$（适用于可定义周期 $T$ 的情况），以及纯平均载流子转移速率 $k$ 和电荷转移速度 $u=kd$，其中 $d = N \times$ 3.4 {\AA} 为电荷转移距离。计算了用于指数拟合 $k = k_0 \exp(-\beta d)$ 的逆衰减长度 $\beta$ 和用于幂律拟合 $k = k_0' N^{-\eta}$ 的指数 $\eta$。还研究了沿聚合物（包括 poly(dG)-poly(dC)、poly(dA)-poly(dT)、GCGCGC...、ATATAT...）的电子和空穴转移。$\beta$ 落在 $\approx$ 0.2-2 {\AA}$^{-1}$ 范围内，$k_0$ 通常为 10$^{-2}$-10$^{-1}$ PHz，尽管一般而言落在更宽的 10$^{-4}$-10 PHz 范围内。$\eta$ 落在 $\approx$ 1.7-17 范围内，$k_0'$ 通常 $\approx 10^{-2}$-10$^{-1}$ PHz，尽管一般而言落在更宽的 $\approx10^{-4}$-10$^3$ PHz 范围内。最后，将结果与 Wang 等人 Phys. Rev. Lett. 93, (2004) 016401 的预测以及实验进行了比较，包括 Murphy 等人 Science 262, 1025 (1993)；Arkin 等人 Science 273, 475 (1996)；Giese 等人 Angew. Chem. Int. Ed. 38, 996 (1999)；Giese 等人 Nature 412, 318 (2001)。该方法允许评估特定 DNA 片段作为电荷转移有效介质的程度。