The conformational dynamics of lambda-DNA in the anti-Brownian electrokinetic trap: Brownian dynamics and Monte Carlo simulation.
The conformational dynamics of lambda-DNA in the anti-Brownian electrokinetic trap: Brownian dynamics and Monte Carlo simulation.
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反布朗动电陷阱中 lambda-DNA 的构象动力学：布朗动力学和蒙特卡罗模拟。
DOI：
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发表时间：
2009
影响因子：
4.4
通讯作者：
E. Shaqfeh
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Ajey Dambal;E. Shaqfeh
在这项工作中，我们研究了限制下长聚合物分子的构象动力学，如最近开发的反布朗动电 (ABEL) 陷阱 [A.科恩和 W.莫纳，Proc。国家。阿卡德。科学。美国。 103, 4362 (2006)]。我们使用布朗动力学模拟（珠弹簧和珠杆模型）和蒙特卡罗方法来分析聚合物运动。我们首先验证 Cohen 和 Moerner (2007) 关于短时间相关性存在的单分子观察 [Phys.莱特牧师。 98, 116001 (2007)] 聚合物质心的运动，这是由于波动的流体动力学相互作用而产生的。此后，遵循 Cohen 和 Moerner，我们使用主成分分析来提取控制聚合物构象的主要模式，并发现限制和主链弯曲仅影响小聚合物，并且不应在长聚合物（例如 lambda-DNA）的动力学中发挥重要作用。我们发现我们的主成分分析模式与 Cohen 和 Moerner [Proc.国家。阿卡德。科学。美国 104, 12622 (2007)]。最后，为了探索排除体积的影响，特别是排除体积参数（z）的影响，我们使用图像-图像相关性来检查其与聚合物动力学的关系。对 ABEL 陷阱中的 lambda-DNA 进行的图像-图像相关性测量并未显示出简单的指数型行为，并促使使用拉伸指数函数来确定控制构象动力学的特征时间尺度 (tau)。我们发现 tau 随聚合物长度 N(2) 的变化而变化，并随着 z 的增加而减少。此外，当 tauN(-2) 相对于 N/z(m) 绘制时（对于自由空间，m=0.14，对于墙壁，m=0.366），我们可以折叠各种数据。
In this work, we examine the conformational dynamics of long polymer molecules under confinement, as in the recently developed anti-Brownian electrokinetic (ABEL) trap [A. Cohen and W. Moerner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103, 4362 (2006)]. We analyze polymer motion using Brownian dynamics simulations (bead-spring and bead-rod models) and via Monte Carlo methods. We first verify Cohen and Moerner's (2007) single molecule observations regarding the existence of short time correlations [Phys. Rev. Lett. 98, 116001 (2007)] in the motion of a polymer's center of mass, which arise due to fluctuating hydrodynamic interactions. Thereafter, following Cohen and Moerner, we use principal component analysis to extract the principal modes governing polymer conformation and find that confinement and backbone bending only affect small polymers and should not play a significant role in the dynamics of long polymers such as lambda-DNA. We find excellent agreement between our principal component analysis modes and those measured by Cohen and Moerner [Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 12622 (2007)]. Finally, to explore the effect of excluded volume, in particular, the effect of the excluded volume parameter (z), we use image-image correlations to examine its relation to polymer dynamics. Image-image correlation measurements performed on lambda-DNA in the ABEL trap did not display a simple exponential-type behavior and motivated the use of stretched exponential functions to determine the characteristic timescale (tau) governing conformational dynamics. We show that tau scales with polymer length as N(2) and decreases with increasing z. Furthermore, we can collapse a variety of data when tauN(-2) is plotted with respect to N/z(m) (m=0.14 for freespace and 0.366 for walls).