[科普中国]-蠕虫链模型

蠕虫链模型（worm-like chain，WLC）是聚合物物理学中用来阐释半弹性聚合物特性的模型。是Kratky-Porod模型的后续版本。

理论思考蠕虫链理论模型假设存在一根连续且具弹性的均质棒状物。与自由连接链不同的是，他们的弹性仅在独立片段。蠕虫理论特别适用于较坚硬的聚合物，因为此种聚合物的片段拥有一种协同性，大致上会指向同一个方向。依据此理论，在室温下，聚合物的构型会圆滑地弯曲；再绝对零度下（{\displaystyle T=0}K），ˋ聚合物则会呈现坚硬的棍状构型。1

对于长度l的聚合物，将聚合物的路径参数化为。令为该链再 s时的单位切线参数，且为该链的位置向量。

得出：

，且头尾两端距离为

由上可推知此模型的方向相关函数（correlation function）遵守指数衰减：

P为聚合物的持久长度，即聚合物平均长度的平方：

注意当限制条件时，则。此可用于显示库恩长度（Kuhn length）等于蠕虫链模型持久长度的两倍。

展开蠕虫炼模型在室温下，聚合物两端的距离会远比原长度还短。因为热波动会造成聚合物蜷曲，使聚合物任意排列。

在拉伸聚合物时，可获得的波动谱减少，这导致抵抗外部伸长的熵力。 可以通过考虑熵哈密顿量来估计这种熵力：

诸如原子力显微镜（AFM）和光学镊子的实验室工具已被用于表征上面列出的聚合物的力依赖性拉伸行为。 近似力扩张行为的插值公式是（J. F. Marko，E。D. Siggia（1995））：

其中kB是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。

聚合物物理学高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学。其研究的主要方向包括高分子形态，高分子机械性能，高分子溶液，高分子结晶等热力学和统计力学方向的学科，以及高分子扩散等动力学方面的学科。

生物上的应用蠕虫链理论应用于一些重要的生物性聚合物，包含：

（1）双股DNA以及RNA

脱氧核糖核酸（英语：deoxyribonucleic acid，缩写：DNA）又称去氧核糖核酸，是一种生物大分子，可组成遗传指令，引导生物发育与生命机能运作。主要功能是信息储存，可比喻为“蓝图”或“配方”。其中包含的指令，是建构细胞内其他的化合物，如蛋白质与核糖核酸所需。带有蛋白质编码的DNA片段称为基因。其他的DNA序列，有些直接以本身构造发挥作用，有些则参与调控遗传信息的表现。

（2）未结构化RNA

核糖核酸（英语：Ribonucleic acid），简称RNA，是一类由核糖核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键聚合而成的线性大分子。自然界中的RNA通常是单链的，且RNA中最基本的四种碱基为A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶），相对的，与RNA同为核酸的DNA通常是双链分子，且含有的含氮碱基为A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）四种。

（3）未结构化多肽链（蛋白质）

蛋白质（英语：protein，旧称“朊”）是大型生物分子，或高分子，它由一个或多个由氨基酸残基组成的长链条组成。氨基酸分子呈线性排列，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种“标准”氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被改变原子的排序而发生化学结构的变化，从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以一起，往往是通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物，发挥某一特定功能。

参见Ideal chain

聚合物

高分子物理学

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学