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脱氧核糖核酸(DN A)是复杂的生物大分子,是生命遗传信息的载体。同时, DN A也是染色体的重要组成部分。由于近年来,研究发现与生命体密切相关的DN A损伤与修复过程伴随着DN A链内电荷的转移;另一方面DN A的序列依赖性和自组装特性使得它可以作为分子电子学的结构单元,具有很大的应用前景。因此,DNA分子的电荷输运能力以及输运过程已成为多个学科比如生物、化学、物理电子学和材料科学等学科前沿领域中的研究热点。 关于DN A分子的电荷输运性质,无论是在实验研究方面还是理论计算方面,都呈现出多样性的结果,至今仍然存在着诸多争论。在理论研究上,由于DN A分子尺寸大、结构复杂,并且受到计算机水平的限制,第一性原理计算存在很多困难,故往往采用各种近似方法。研究者们发展了一系列的半经验模型方法,其中紧束缚模型方法,在处理一维或准一维体系中取得了巨大成功。并且紧束缚模型能够包含电声耦合,电子关联和外场等物理效应,从而使得采用紧束缚模型方法研究DN A分子优势非常明显。 在本论文中,我们将DN A分子看成一维单链结构,在单链DN A中掺入一个电子或空穴,可以导致DN A链的畸变,产生极化子;掺入的电子或空穴也可以在一定长度内穿透,其穿透的性能与碱基序列有关。我们分别采用一维SSH紧束缚模型和单链紧束缚模型研究了DN A分子的电荷输运性质。具体内容和主要结果如下: 1.在DNA中,极化子是重要的元激发,是DNA中电荷传递可能的载流子。为了更好的理解DN A的电荷输运的极化子机制,我们给出了能够准确估计电声耦合常数?的数值的理论方法。利用我们确定的电声耦合常数?,我们计算了极化子宽度和极化子束缚能。从计算结果我们得到下面的结论,即DN A中的电荷输运是通过大极化子的相干运动来实现的。 2.我们利用一个简单的一维单链紧束缚模型探讨了酵母菌第三条染色体基因组序列的电荷输运特性与序列中基因位置的关联性。研究发现编码区的导电性要比非编码区好,在特定的传导距离下,可以利用导电性来分辨基因所在的编码区。