电极锚定 DNA：基于系综尺度原子模拟的界面力学与开关动力学

内容形式：摘要译文

表面系留DNA自20世纪90年代末锚定于金表面以来，已发展成为用于生物传感、计算和致动的多功能平台。尽管DNA在体相溶液中的分子行为已得到充分表征，但DNA在电极界面处的行为仍远未被充分理解。在此，我们研究了不同表面化学性质、盐浓度和外加电势条件下电极系留双链DNA的力学性质与动力学行为。借助GPU加速的全原子分子动力学模拟，我们在620次模拟中采样了总计144 s的轨迹系综。模拟不仅再现了关键的实验观测结果，还揭示出一种尽管近三十年来已有大量研究却一直未被注意到的分子行为。系综统计表明，DNA与表面接触时会相对于螺旋轴呈现一种优选取向。能量分析确定，Onsager–Samaras型排斥在抵抗这种接触方面发挥了重要作用。这些系综在再现实验趋势的同时解析了其分子起源，从而大幅缩小了长期存在的模拟与实验之间的差距，并为系留DNA器件的工程设计提供了基础。

关键词：系留DNA · 电极界面 · 分子动力学模拟 · 界面力学 · 开关动力学

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.29.755399v1?rss=1