Модели динамики полиэлектролитов в процессах электрокинетического фракционирования

• Автор: Фрумин, Леонид Лазаревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 266 с. : ил.

Список сокращений

1 Дисперсия электрокинетической подвижности и импульсный гель-электрофорез полиэлектролитов

1.1 Введение

1.2 Дисперсия электрокинетической подвижности полиэлектролитов

1.2.1 Диффузионная теория рептаций

1.2.2 Дисперсионная модель динамики полиэлектролита в импульсном поле

1.3 Расчеты импульсного гель-электрофореза ДНК

1.3.1 Одномерный инверсионный гель-электрофорез

1.3.2 Двумерный импульсный гель-электрофорез

1.4 Численное моделирование динамики полиэлектролитов на основе диффузионной теории рептаций

1.5 Неидеальный одномерный газ рептонов

1.6 Выводы
2 «Гидродинамическая» теория движения полимерной цепи в сильном внешнем поле
2.1 Введение
2.2 Статистическая механика отрезка полимерной цепи в геле
2.2.1 Свободно-сочлененная полимерная цепь
2.2.2 Уравнение состояния блоба - отрезка полимерной цепи в поре геля
2.2.3 Статистическая механика концов полимерной цепи во внешнем поле
2.3 Уравнения одномерной «гидродинамики» полимерной цепи
2.3.1 Одномерная «гидродинамика» полимерной цепи
2.3.2 Формула де Жена
2.4 Численное моделирование «гидродинамики» полимерной цепи в импульсном поле
2.4.1 Дискретная модель «одномерной гидродинамики»

2.4.2 Ветвления полимерной цепи в геле
2.5 Результаты расчетов динамики полимерной цепи в импульсных полях
2.6 Выводы
3 Модели процессов электрокинетического фокусирования полиэлектролитов
3.1 Введение
3.2 Точное решение нестационарной задачи электрокинетического фокусирования полиэлектролитов
3.3 Устойчивость стационарных распределений ионов в электрических полях
3.3.1 Уравнения Нернста-Планка и аналогия с гидродинамикой
3.3.2 Буферная система из двух сортов ионов - амбиполярная диффузия
3.3.3 Устойчивость буферной системы с тремя сортами ионов
3.3.4 Неустойчивость стационарных распределений ионов в многокомпонентных буферных системах
3.4 Фокусирование макромолекул в неоднородных электрических полях
3.5 Моделирование неоднородных электрических полей методом граничных элементов
3.5.1 Метод угловых интегралов
3.5.2 Расчет неоднородных электрических полей методом граничных элементов
3.6 Выводы
4 Нелинейные процессы фракционирования и фокусирования
4.1 Введение
4.2 Нелинейный импульсный гель-электрофорез фрагментов ДНК
4.3 Нелинейная фокусировка в неоднородных электрических полях
4.4 Методика быстрой сепарации больших фрагментов ДНК
4.5 Нелинейный гель-электрофорез комплексов белков и ионных детергентов

4.5.1 Одномерный нелинейный гель-электрофорез комплексов белков и ионных детергентов
4.5.2 Двумерный гель-электрофорез комплексов белков
* 4.5.3 Нелинейный гель-электрофорез нативных белков
4.6 Выводы
5 Двойной заряженный слой и электродная кинетика
5.1 Введение
5.2 Асимптотическая модель двойного заряженного слоя
5.2.1 Двойной заряженный слой
5.2.2 Квазинейтральная область
5.2.3 Вольтамперная характеристика
5.3 Численное моделирование сложной электродной кинетики
5.3.1 Результаты расчетов вольтамперных характеристик
5.3.2 Учет ионов буферного электролита
5.3.3 Сложная электродная кинетика
5.4 Макрокинетическая модель тафелевской зависимости
* 5.5 Обратные задачи электродной кинетики
5.5.1 Постановки обратных задач
5.5.2 Методы решения обратных задач
5.5.3 Нелинейные обратные задачи
5.5.4 Параметрические обратные задачи
5.5.5 Обратные задачи электродной кинетики
5.6 Выводы
Заключение
Приложение: комплекс программ «Laplas»
Литература

Невозможность численного моделирования динамики полимерной цепи в процессе импульсного гель-электрофореза в рамках теории рептаций, по-видимому, указывает на принципиальные трудности диффузионных моделей при описании динамики движения длинных полимерных цепей в сильных электрических полях. Для преодоления этих трудностей в ходе численного моделирования было сделано предположение, что в случае больших растяжений цепи и малых плотностей рептонов одномерный газ рептонов уже нельзя считать идеальным. Подвижность такого неидеального газа рептонов зависит от его плотности, а равновесное больцмановское распределение отклоняется от экспоненциального распределения.
Модель неидеального газа рептонов представлена в следующем разделе данной главы, где показано, что в случае сильного внешнего поля и, как следствие, малой плотности рептонов, их стационарное (больцмановское) распределение имеет вид обратной корневой зависимости от амплитуды электрического поля:
р~/4Ё (1.22)
При этом уравнение диффузии рептонов становится нелинейным, так как не выполняется соотношение Нернста-Эйнштейна между подвижностью и коэффициентом диффузии рептона. Как показано в следующем разделе, подвижность ц для неидеального газа рептонов в сильных электрических полях зависит их от плотности по закону:
М=МоР1 (1-23)
Однако расчеты, проведенные для нелинейного уравнения диффузии, учитывающего неидеальность одномерного газа рептонов, не позволили полностью преодолеть проблему И-образной конформации цепи. Движение цепи стало более динамичным, но остановки цепи в и-образной конформации возникали и в случае нелинейного уравнения диффузии.