Electrostatics of polymer translocation through membrane nanopores in electrolyte solutions
Elektrolit içeren nanoporlardan polimertranslokasyonunun elektrostatigi
- Tez No: 664261
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ŞAHİN BÜYÜKDAĞLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
DNA gibi y¨ukl¨u polimerlerin genetik kodunun polimer translokasyonu y¨ontemiyle okunabilmesi i¸cin, DNA'nın y¨uksek s¨uratle nanopora ¸cekilip, translokasyon s¨uresinin uzatılması amacıyla nanoporda yava¸slatılması gerekir. Bu ¸sartları sa˘glayan deneysel ko¸sulları belirlemek i¸cin, elektrolit rezervuarına ba˘glı nanoporlardan y¨ukl¨u polimerlerin ge¸ci¸si i¸cin gerekli elektrostatik enerjiyi hesaplıyoruz. Bu ama¸cla, polymer ve y¨uzeyi y¨ukl¨u nanoporla etkile¸sen Coulomb sıvısının istatistiksel da˘gılım fonksiyonunu fonksiyonel integral yakla¸sımıyla ifade ediyoruz. Bu fonksiyonel integrali yakla¸sık y¨ontemlerle hesaplayarak polimerin serbest enerjisini ¸cıkarıyoruz. Serbest enerjinin ion yo˘gunlu˘gu ve nanopor y¨uzey y¨uk¨u gibi deneysel olarak kontrol edilebilen parametrelerle de˘gi¸simini inceleyerek optimal translokasyon ¸sartlarını belirliyoruz
Özet (Çeviri)
The transport of polymers across membranes in electrolyte solutions happens in most biological systems and is necessary for cells to function. Moreover, the polymer translocation process has proven to be very important in experiments and applications as well, providing a rich source of information about the polymer's size and composition [1], [2], making the polymer translocation procedure a potential sequencing method that is efficient, cheap, and quick [3], [4]. However, no consensus on the theoretical understanding of the translocation mechanism has been reached yet [3], leaving it a major challenge for theoretical modelling due to its steric, hydrodynamic, and electrostatic interactions [2], [5]. Here, we calculate the electrostatic energy cost of the translocating polymer in both the approach and translocation phases and investigate the dependence of the polymer's grand potential on different model tunable parameters. In the case of neutral membranes, low permittivity carbon-based membranes repel the approaching polymer with energy magnitude between ∼ 11 kBT and ∼ 27 kBT, while high permittivity engineered membranes attract the approaching polymer with almost the same energy magnitude. This behavior can be attributed to polymer imagecharge interactions, which become amplified with low permittivity membranes. In strong salt solutions, the membrane exhibits a repulsive barrier that turns to a metastable well in dilute solutions. In pure solvents, the metastable well becomes a deep, stable well that traps the polymer in the pore for some time, where the translocation phase is mainly governed by the attractive trans-cis side interaction. For weakly charged membranes, the membrane charge attraction wins over the image-charge repulsion, leading to an attractive minimum at zt ≈ −1 nm followed by a repulsive barrier at lt = L/2 while for stronger membrane charges, the attractive well turns to a metastable point followed by an attractive, stable well. These results suggest that, in translocation experiments, DNA motion can be controlled by tuning the system parameters, such as the solution concentration or the membrane charge.
Benzer Tezler
- MEMS scanners for spectroscopy and laser scanning systems
Spektroskopi ve lazer tarama sistemleri için MEMS tarayıcı geliştirilmesi
ÇAĞLAR ATAMAN
Doktora
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ÜREY
- Difteri toksinine karşı moleküler baskılama yöntemi ile geliştirilen plastik antikorun ın vitro etkinliğinin belirlenmesi
Determination of in vitro activity of plastic antibody developed for diphtheria toxin by molecular imprinting
SÜLEYMAN SERDAR ALKANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Biyofizikİstanbul ÜniversitesiBiyofizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDAN AKÇAKAYA
- Investigation and control of the static electrification in polypropylene
Polipropilende statik elektriklenmenin incelenmesi ve kontrol altına alınması
ZELAL YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Polimer Bilim ve Teknolojisiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. HASAN TARIK BAYTEKİN
- Antioksidan kapasite ölçümü için doğal polimer film esaslı optik sensör geliştirilmesi
Development of natural polymer film based optical sensor for antioxidant capacity measurement
FURKAN BURAK ŞEN
- Sülfobetain/NIPAAm/aljinat ve sülfobetain/NIPAAm//kitosan hidrojellerinin ilaç salım davranışlarının incelenmesi
Investigation of the drug release behaviours of sulfobetaine/NIPAAm/alginate and sulfobetaine/NIPAAm//chitosan hydrogels
FATIMA CEMRE ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN ERBİL