纳米孔运输的水压门

詹姆斯·威尔逊(James Wilson)和Aleksei Aksimentiev
物理评论信120(26)268101(2018)Bibtex

强调

生物分子的电场驱动运动是许多分析方法,尤其是纳米孔传感的过程,其中纳米孔离子电流的短暂降低表明生物分子通过纳米孔通过。但是,在通过纳米孔检查任何分子之前,该分子必须首先从溶液中输入纳米孔。以前,发现纳米孔的捕获速率随施加电场的强度而增加。在这里,我们从理论上表明,对于石墨烯膜中毛孔狭窄的情况,提高电场的强度不仅可以降低捕获速率,而且还可以降低纳米孔的生物分子。随着强电场在纳米孔附近和内部偏振水,该田的高梯度还产生了强大的介电照射力,可压缩水。尖锐的水密度梯度引起的压力差会产生一种静水力,从而排除纳米孔中的DNA或蛋白质,从而在某些条件下防止其捕获。我们表明,这种局部压缩的液体可以在没有物理门的情况下通过纳米级传递调节生物分子的转运,并根据其磷酸化态对蛋白质进行排序。

抽象的

生物分子的电场驱动运动是许多分析方法,尤其是纳米孔传感的过程,其中纳米孔离子电流的短暂降低表明生物分子通过纳米孔通过。但是,在通过纳米孔检查任何分子之前,该分子必须首先从溶液中输入纳米孔。以前,发现纳米孔的捕获速率随施加电场的强度而增加。在这里,我们从理论上表明,对于石墨烯膜中毛孔狭窄的情况,提高电场的强度不仅可以降低捕获速率,而且还可以降低纳米孔的生物分子。随着强电场在纳米孔附近和内部偏振水,该田的高梯度还产生了强大的介电照射力,可压缩水。尖锐的水密度梯度引起的压力差会产生一种静水力,从而排除纳米孔中的DNA或蛋白质,从而在某些条件下防止其捕获。我们表明,这种局部压缩的液体可以在没有物理门的情况下通过纳米级传递调节生物分子的转运,并根据其磷酸化态对蛋白质进行排序。

动画说明了DsDNA分子的10 ns MD轨迹,该分子在100 mV偏置下通过石墨烯膜中的纳米孔转移。将谐波约束应用于DNA分子,以维持其与纳米孔的同轴排列。石墨烯原子显示为灰色球。一些石墨烯原子未显示出更清楚地描绘孔的位置。

动画说明了DsDNA分子的20 ns MD轨迹,该轨迹未能通过1 V偏置下的石墨烯膜转移。将谐波约束应用于DNA分子,以维持其与纳米孔的同轴排列。石墨烯原子显示为灰色球。一些石墨烯原子未显示出更清楚地描绘孔的位置。

动画说明了在1 V偏置下固定在石墨烯膜上的DsDNA分子的20 ns MD轨迹。将谐波约束应用于DNA分子,以维持其与纳米孔的同轴排列。石墨烯原子显示为灰色球。DNA能够围绕其螺旋轴旋转。

动画说明了在1 V偏置下平行于膜的石墨烯膜上的DsDNA分子的20 ns MD轨迹。将谐波约束应用于DNA分子,以保持其与纳米孔的平行排列。DNA能够围绕其螺旋轴和孔轴旋转。石墨烯原子显示为灰色球。