生物聚合物穿过绝缘膜的介电捕获现象

基于纳米孔易位技术的生物聚合物灵敏测序，需要延长分子在孔中停留的时间。我们发展了聚合物易位的静电理论，表明可通过聚合物的介电捕获来延长易位时间。在稀盐条件下，低介电常数膜与大介电常数溶剂之间的介电对比，引起聚合物顺式与反式部分之间的吸引相互作用。这种自吸引充当介电陷阱，可使易位时间延长数个数量级。我们还发现静电相互作用导致易位时间 $\tau$ 随聚合物长度 $L$ 的分段标度。在短聚合物区间 $L\lesssim10$ nm，其中外部漂移力主导静电聚合物相互作用，易位以漂移行为 $\tau\sim L^2$ 为特征。在中等长度区间 $10\;{\rm nm}\lesssim L\lesssim\kappa_{\rm b}^{-1}$，其中 $\kappa_{\rm b}$ 为 Debye-Hückel 屏蔽参数，介电陷阱压倒漂移力。结果，增加聚合物长度导致易位时间的准指数增长。最后，在长聚合物区间 $L\gtrsim\kappa_{\rm b}^{-1}$，其中盐屏蔽导致介电陷阱饱和，易位时间线性增长为 $\tau\sim L$。这种对漂移行为的强烈偏离，凸显了静电相互作用在聚合物易位中所起的关键作用。