双纳米孔系统中的拔河效应

我们模拟了模型双链 DNA 穿过双纳米孔(DNP)系统的拔河(TOW)情景。DNA 同时在两孔处被捕获，受到两个大小相等、方向相反的力 $-\vec{f}_L= \vec{f}_R$ (TOW)，其中 $\vec{f}_L$ 和 $\vec{f}_R$ 分别是施加于左孔与右孔的力。尽管 DNA 聚合物上的净力 $\Delta \vec{f}_{LR}=\vec{f}_L+ \vec{f}_R=0$，平均首次通过时间(MFPT) $\langle \tau \rangle$ 依赖于 TOW 力的大小 $\left | f_L \right | = \left |f_R \right | = f_{LR}$。我们从已知的三嵌段共聚物单孔易位结果定性地解释了 $\langle \tau \rangle$ 对 $f_{LR}$ 的依赖性。我们证明，索引为 $m$ 的单体从一个孔到另一个孔的飞行时间(TOF) ($\langle \tau_{LR}(m) \rangle$) 呈现出与孔间距 $d_{LR}$ 相称的准周期结构。最后，我们研究 $\Delta \vec{f}_{LR}=\vec{f}_L+ \vec{f}_R \ne 0$ 的情形，并定性地重现了 MFPT 对 $\Delta\vec{f}_{LR}$ 依赖性的实验结果。对于中等偏置，链长为 $N$ 的 DNP 系统的 MFPT 遵循与单纳米孔相同的标度形式，$\langle \tau \rangle = \left( AN^{1+\nu} + \eta_{pore}N \right) \left(\Delta f_{LR}\right)^{-1}$，其中 $\eta_{pore}$ 为孔摩擦，这使我们能够估计长链的 $\langle \tau \rangle$。我们的布朗动力学模拟研究提供了关于从 $\langle \tau_{LR}(m) \rangle$ 获得的易位速度细节以及将时域中获得的数据转换为基因组距离单位之准确性的基本见解与有价值信息。