[發明專利]一種包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型構建方法及其應用

有效

• 申請號: 202010525378.9
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111681713B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 賀利軍;張金沙;何承運;趙勃陽;陳偉中
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/30;G16B5/00;G01N27/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型構建方法及其應用，屬于電化學檢測領域。本發明構建的模型是首先獲取待測分子的分子結構，接著對能量最小化的核酸結構進行DFT計算，以獲得電子哈密頓量；然后再基于Landauer?Büttiker框架開發的雙螺旋的退相干輸運模型，量子輸運計算使用Landauer?Büttiker框架進行。與現有技術中的模型相比較，本發明使用格林函數公式和Büttiker探針來實現將兩電級及外界環境的耦合作用加以考慮，用該模型來解釋實驗結果。本發明構建的模型適用于對核酸分子、生物大分子、天然高分子、合成高分子等聚合物的電導率、有效電荷傳輸率等電學性質的檢測分析。

技術領域

本發明屬于電化學領域，具體涉及一種包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型構建方法及其應用。

背景技術

核酸在許多生物系統和活動中起著至關重要的作用。近年來，工程師和科學家對研究其電性能一直很感興趣，這些研究的動機源于以下事實：(1)構成核酸構件的堿基具有獨特的電離勢，此外核酸是可以以高精確度可重復生產的少數納米材料之一。因此，具有特定序列的設計鏈可能會提供獨特的設備特性；(2)電學方法為基于單個分子的核酸測序提供了潛力；(3)基于核酸流過的電流的疾病檢測的電學方法開始被證明。

盡管在上述領域的實驗是有希望的，但是需要發展對通過核酸的電流的更深入的了解。而要在這些分子中流動的電流的建模很復雜，其原因在于：(1)它們基于核酸和金屬之間的原子級接觸，無法以可復制的方式建立；(2)核酸的電導率容易受到環境的影響，環境是不斷變化的；(3)核酸本身具有軟性。

因此為了能夠克服現有技術中對核酸之類的大分子電性能研究過程中存在的缺陷，需要開發一種新的包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型構建方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型構建方法；本發明的目的之二在于提供一種包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型在檢測聚合物分子電導率中的應用。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1.一種包含退相干作用的聚合物分子電學性質的模型構建方法，所述方法包括如下步驟：

(1)獲取待測分子的結構信息；

(2)本模型中將所述待測分子置于兩個納米級金屬電極之間進行模擬電測量；

(3)將所述結構信息用于Gaussian計算中完成密度泛函理論(DFT)計算得到哈密頓量H；

(4)用現象學Büttiker探針，將所述待測分子中電子與分子的晶格振動以及周圍的電磁場之間的相互作用考慮入內，構建包含退相干作用的模型，得到費米能量E處的延遲格林函數G^r_M，

其中E為費米能量，單位為eV、H為步驟(3)中所述哈密頓量，單位為eV、I為與H大小相同的單位矩陣，單位為1、∑_L^r為左電極的超前自能，單位為eV、∑_R^r為右電極的超前自能，單位為eV、∑_B為Büttiker探針產生的自能，單位為eV；

(5)計算相干傳輸率T(E)，

T(E)＝Trace(Γ_LG^r_MΓ_RG^a_M) (2)，

其中Γ_L和Γ_R表示將待測分子放置在左電極或右電極附近時分子能級的擴展，單位為eV、G^a_M為超前格林函數，單位為eV；