纳米狭缝与纳米通道中线性 DNA 的打结：一项数值研究

DNA 细丝的自缠结数量和类型受到空间限制的显著影响，这种限制在生物系统中普遍存在。受基于纳米流体装置的单 DNA 分子实验的最新进展，以及能够检测开链中结的算法的引入所启发，我们通过数值方法研究了限制在纳米狭缝内的线性、开放 DNA 链的缠结。结果涉及所出现结的丰度、类型和长度，并与最近关于纳米通道内 DNA 的发现进行了比较。在这两种情况下，限制区域的宽度 D 跨越 30 纳米至 1 微米的范围，受限制的 DNA 链长度为 1 至 4 微米。研究发现，对于狭缝宽度在 70-100 纳米范围内，打结概率最大。然而，在所考虑的 DNA 轮廓长度范围内，结的最大发生率保持在 20% 以下，而在通道限制下则高达 50% 以上。缠结的进一步差异体现在打结区域的平均轮廓长度上：对于通道限制，该长度在 D ~100 纳米以下显著下降，而对于狭缝状限制，它大致保持恒定。这些特性应根据限制条件的不同，在线性 DNA 的不同动力学性质中产生反响，并可能通过实验检测或在纳米技术应用中得到利用。