DNA分子中載流子性質(zhì)的研究.pdf

1、對DNA分子導電性的研究已經(jīng)成為生物、物理、化學等學科及其交叉學科的研究熱點。電子工業(yè)的迅猛發(fā)展使得電子器件小型化，在這種趨勢下，分子電子學應運而生。而DNA分子由于其獨特的可識別性和自組裝性成為制作分子器件的候選材料之一。另外，近年來的研究發(fā)現(xiàn)DNA分子的電子結構及電荷輸運對認識生命運動的規(guī)律、基因的損傷與治療、信息的傳遞等許多方面都具有重要的意義。 不論是在實驗還是理論計算中，DNA分子的導電性都呈現(xiàn)出多樣性的結果，而且有些

2、結論甚至是相互矛盾的。這說明人們對DNA分子中載流子的性質(zhì)和電荷輸運機制的認識還有很大分歧。在理論研究上，盡管第一性原理不需要借助任何經(jīng)驗或?qū)嶒灥臄?shù)據(jù)就可以得出精確結論，但計算量會隨分子尺度增大成指數(shù)地急劇增加，因此只能計算包含基對較少的短鏈DNA分子。緊束縛模型屬于半經(jīng)驗的理論計算方法，在處理一維或準一維體系中取得了巨大成功。另外緊束縛模型能夠包含電一聲耦合，電子關聯(lián)和外場等物理效應，這使得采用緊束縛模型方法研究“軟”性分子具有其他理

3、論方法所無法比擬的優(yōu)勢。DNA分子原則上可以看作“軟”性的準一維結構體系，因此我們采用修正的一維緊束縛模型來計算大分子體系。 在處理電子和晶格相互耦合的體系時，采取了非絕熱的動力學方法，研究了系統(tǒng)電子態(tài)隨時間的演化。非絕熱動力學方法不同于絕熱近似，它允許電子在瞬時本征態(tài)之間的躍遷，即瞬時本征能級上的電子占據(jù)數(shù)可以隨時間演化發(fā)生改變。 本工作的研究重點是通過對不同序列DNA分子鏈中形成載流子的馳豫過程以及在外場下載流子輸運

4、過程的動力學研究，發(fā)現(xiàn)： 1．在單一基對周期排列和基對二周期排列的DNA鏈中能夠形成極化子或雙極化子，其形成的時間比聚乙炔中形成的時間要長。雙極化子形成的時間要比極化子的短。 2．在基對四周期排列及基對無序排列的DNA鏈中則不能形成極化子或雙極化子。 3．基對排列的無序不利于極化子的形成。 4．DNA中的載流子可以在電場下輸運，并且單一基對周期排列的DNA，更有利于載流子的輸運?；鶎ε帕性绞菬o序的DNA越