利用旅波式電場進行電泳拉伸單一巨分子鏈

Abstract

本論文從理論上探討如何利用旅波式電場進行電泳拉伸單一的巨分子鏈。藉由簡單彈性啞鈴模型，我們發現不論有無熱擾動（thermal fluctuations）的影響，在此系統中的分子鏈拉伸行為都與在一般的穩定或交流電場中的表現截然不同。從不含熱擾動的確定性系統研究（第4章）中可以得知，旅波式電場產生的不對稱電場波動可以拉伸一端被釘住的帶電巨分子鏈，並使其拉伸向著電場的傳播方向。分子鏈的週期平均拉伸量也會隨著電場強度而增加，但在電場波形的移動速度（以下簡稱波速）增快時反而減少。且因為旅波式電場的不對稱性，即便電場的週期平均為0仍可造成拉伸，這將會是令人驚奇的嶄新方法。 　　因為自由能景觀（free energy landscape）在旅波式電場中，如同具有雙能量井或多重能量井的振動諧振子，分子鏈會因為熱擾動自較高能階的拉伸狀態（stretched state）躍遷至較低能階的溶球狀態（coil state）。因此在隨機性系統（第5章）的研究中，我們發展出一套理論，並經過布朗動態模擬驗證，只要電場波速仍在發生拉伸縮減的限界之下，且熱擾動不超過外力場的極限，增加電場波速有助於防止分子鏈躍遷回溶球狀態，進而保住分子鏈的拉伸。 　　此外，依據拉伸量的不同，將導向兩種不同的躍遷動力學，並決定如何進行溶球-拉伸轉變（coil-stretch transition）：雙能量井躍遷（double-well hopping）與多能量井躍遷（multiwell hopping），分別對應於雙能量井與多重能量井。這些特性是旅波式電場與熱擾動效應的共同作用結果，可由舌形的溶球-拉伸相圖描述，並得知在保持拉伸的條件。由上述的發現與研究成果，我們也提出了應用方法，利用週期拉伸的巨分子鏈在奈米尺度甚至單分子層級上進行動態的分子探測與控制。

Date of Award	2014 Sept 4
Original language	Chinese
Supervisor	Ten-Chin Wen (Supervisor)