双链DNA生物膜弹性模量的蒙特卡罗模拟

目的 研究吸附于微悬臂梁基底上双链DNA生物膜的弹性模量。方法 采用基于中观连续介质液晶理论的Parsegian经验势,描述粗粒化DNA圆柱之间相互作用能;采用蒙特卡罗法模拟加载前后DNA链的微观分布模式;采用思想实验法和宏观连续介质压缩弹性杆模型,预测DNA生物膜弹性模量。结果 双链DNA生物膜的弹性模量约为0.1~80 MPa。结论对比随机分布模式,经典的六角形均匀分布假设低估了DNA生物膜的弹性模量;封装密度的增加和缓冲盐溶液浓度的减小均有助于提高DNA生物膜弹性模量。这些结果对进一步认识临床工作中相关DNA生物膜的力学性质及其调控规律具有重要意义。     

DNA吸附膜热膨胀系数对环境条件的依赖性

目的研究基底上DNA吸附膜热膨胀系数对环境条件的依赖性。方法将DNA吸附分子视为有预应变的宏观连续介质薄膜,建立了DNA膜-基底等效层合梁模型,预测温度载荷作用下DNA-微悬臂梁挠度;采用Parsegian经验势描述DNA吸附膜的介观自由能,利用DNA液晶-基底多尺度挠度模型、思想实验法和等效变形法,建立DNA吸附膜微观结构与其宏观力学性能的跨尺度关系,预测基底上DNA吸附膜的热膨胀系数。结果在给定离子强度条件下,双链DNA吸附膜的热膨胀系数为(0.3~8.05)×10^-4/K,单链DNA吸附膜的热膨胀系数为(1.28~9.33)×10^-4/K。结论在微观作用竞争中起主导作用的构型熵变化决定了DNA吸附膜热膨胀系数对环境条件的依赖性;随着温度或离子浓度或DNA种植密度的增加,DNA膜热膨胀系数减小。研究结果对于基因检测及其调控具有指导意义,并为组织工程中组织器官的性能评估提供参考。