刚性棒状分子拥挤效应对聚合物纳米孔转运动力学的调控机制

本研究通过粗粒度分子动力学模拟(MD)，创新性地探究了刚性棒状拥挤物(rigid rods)的长度(L)、面积分数(?)和弯曲刚度(kθ)对聚合物纳米孔转运动力学的调控规律。来自未知机构的研究团队发现，随着?增加，长而刚性的拥挤物会显著提升熵垒，导致转位概率下降；转位时间呈现非单调变化，揭示了拥挤物主动推送与熵压缩的竞争机制。该研究为理解DNA转位等生物过程及人工纳米孔设计提供了重要理论依据。

　　

当聚合物在充满分子拥挤物的环境中穿越纳米孔时，其动力学行为就像在跳一场复杂的"障碍舞"。研究人员采用粗粒度分子动力学(MD)模拟技术，精心设计了一系列长度各异、刚度可调(k_θ)的刚性棒状拥挤物(rigid rods)，系统研究了它们对聚合物转位过程的影响。

随着拥挤物面积分数(?)的升高，聚合物成功穿越纳米孔的概率显著降低——这就像在越来越密集的"竹林"中穿行，特别是当这些"竹子"又长又硬时，产生的空间位阻(steric hindrance)会大幅提升熵垒(entropic barrier)。有趣的是，转位时间并非简单地随?增加而延长，而是呈现先增后减的"过山车"式变化，暗示着两种力量的博弈：拥挤物既通过压缩聚合物链段增加转位难度，又能像"推手"般主动促进转位过程。

这项研究生动揭示了分子拥挤物的几何特征（长度L）和力学特性（k_θ）对纳米孔转位的精细调控机制，为理解染色体DNA穿越核孔复合体等生命过程提供了新视角，同时也为设计高性能人工纳米孔器件指明了方向。不过需要注意的是，当前模型尚未考虑流体动力学相互作用等复杂因素。