本文首先对DNA分子的几何结构及电子结构的基本性质进行了研究，进一步研究并分析了共聚物DNA分子中电荷转移现象，对其物理机制进行了较为深入地分析。 电荷的转移能够修复因辐射受损的DNA双链机制，因此DNA分子链中电荷转移及电荷如何传输引起了人们的极大兴趣，这使得人们希望能够通过DNA分子中电荷转移的研究来解释生命现象中的许多悬而未决的问题。 大量的研究表明，在DNA双螺旋结构中基对的堆积为电荷的转移提供了有效的通道。DNA分子可以被看作由碱基对堆积成的一维的线性链。早在三十多年前，就有人预言了在DNA双螺旋结构中可能有类似于一维线性聚合物中的电子传输现象，也就是沿着基对P轨道的隧穿。DNA分子中电荷传输在细胞中起着重要的作用，这方面已经有了大量的实验研究，近年来理论方面的研究也取得了一定的进展。在DNA超分子结构中，电荷转移是非常独特的，因为在DNA分子中的π-堆积的基对可能成为电荷传输的中介，结果是可以破坏或者修复DNA分子链。 参照有机高分子中均聚物与共聚物的定义，可以把相同基对组成的DNA分子看作“均聚物”DNA分子，在此基础上，把由不同基对组成的均聚物DNA分子通过共价键联结而成的DNA分子看作“共聚物”DNA分子。 本文采用扩展的准一维紧束缚模型讨论了两种DNA分子及其通过共价键键合后的几何结构及电子结构特性。研究发现，将具有不同在位能的两种DNA分子共聚后，会出现电荷在两种单体之间的自发转移现象，这种不需要光激发而自发产生的电荷转移类似于半导体中的p-n结，所以在理论和实用上都具有十分重要的意义。进而分析了共聚物DNA分子中出现电荷转移的原因，影响电荷转移数且的因素。所得到的结果如下。 1．DNA分子-(A／T)<,x>一(G／C)<,y>-的电子结构性质DNA分子的导电性取决于DNA分子的结构、基对的排布、测量环境、测量方法等因素。考虑到结构最简单的二嵌段共聚物DNA分子-(A／r)<,x>，-(G／c)<,y>-的形式，取x=Y，也就是x：y=1，分别得到了-(A／T)<,x>-，-(G／c)<,y>-及-(A／T)<,x>-(G／c)<,y>-的能带结构。计算得出，-(A／T)<,x>-的能带宽度为1.2eV，带隙大小为1.13eV；-(G／c)，-的能带宽度为带宽是1.2eV，带隙是0.36eV。显然，由-(A／T)<,x>-组成的均聚物的带隙大于由均聚物-(G／C)<,y>-的带隙。-(A／T)<,x>-(G／C)<,y>-的能带宽度为1.42 eV，带隙则为0.17 eV，因此，-(A／T)<,x>-与-(G／c)，-共聚组成二嵌段共聚物，其能带结构发生了改变，表现在能带变宽，带隙变窄。2．单体组份对共聚物-(A／T)<,x>-(G／C)<,y>-能带结构的影响组成共聚物DNA分子的两种均聚物-(A／T)<,x>-和-(G／C)<,y>-的配比对共聚物-(A／T)<,x>-(G／C)<,x>-DNA分子的带隙有影响。计算发现，在共聚物DNA分子链尺度一定时，由于-(A／T)<,x>-的带隙大于-(G／C)<,y>-的带隙，所以当-(A／T)<,x>-所占比例较大时，共聚物DNA分子-(A／T)<,x>-(G／c)<,y>-的带隙也较大：反之，当-(G／C)<,x>-所占比例较大时，共聚物DNA分子-(A／T)<,x>-(G／C)<,y>-的带隙就较小。-(A／T)<,x>-相对-(G／C)<,y>-来说带隙大，共聚物DNA分子的带隙随着-(A／T)<,x>-所占比例的减少而变小。 3．界面相互作用对共聚物-(A／T)<,x>-(G／C)<,y>-能带结构的影响 通过计算发现，体系的导带底能级(LUMO)随着界面相互作用的增强而升高，而价带顶的能级(HOMO)则随着界面相互作用的增强而降低，所以，体系的带隙随着界面相互作用的增强而增大。 4．界面相互作用对共聚物-(A／T)<,x>-(G／C<,y>)一中电荷转移的影响 当界面耦合强度小于0.8时，虽然也出现电荷转移，但是体系的能量是增加的，所以，这时体系是不稳定的。当界面耦合强度大于0.8时，随着耦合强度的增大，电荷转移量是减小的。这是因为，界面耦合强度越大，界面处就相当于一个势阱，电荷越容易被束缚在界面处，电荷就不易于转移到另一种组份中。 5．两种单体尺度的配比对共聚物一(A/T)<,x>一(G/C)<,y>-中电荷转移的影响 在我们的计算中发现，两种单体尺度(-(A/T)<,x>一和一(G/C)<,y>一)的配对比对共聚物一(A/T)<,x>一(G/C)<,y>一中的电荷转移有着比较重要的影响。在界面耦合强度一定的情况下，对于不同的配比，电荷转移量所呈现的规律也是不同的。 在界面耦合强度β=0.55的情况下：两种单体的配比η=l:7时，电荷的转移量出现振荡式变化：当两种单体的配比η=l;5时，体系链长较短时，即N=48~114，电荷转移量No=2.0，而链长N>l20时，电荷转移量就会急剧增大；当两种单体的配比η=1;3时，体系的链长较短时(N<64)，电荷转移量N<,e>=2.0：随着链长的增加，转移的电荷量也增加，当N=96~120时，电荷转移量达到最大值，N<,e>=4.0；链长再增大后，电荷的转移量又减小。两种单体的配比η=1:2时，体系的链长较短(N<72)，随着链长的增加，转移的电荷量是增加的；当N=72～96时，电荷的转移量达到最大值N<,e>=4.0：链长再增大后，转移的电荷量是一恒定值N<,e>=2.0。 上面的结果表明，在耦合强度一定的情况下，如果两种DNA分子组分的比例不同，电荷转移量随着链长的变化规律并不是一致的，其规律等待我们进行进一步探讨。 利用扩展的准一维紧束缚模型讨论DNA分子的几何结构及电子结构特性是利用物理模型处理生物物理的一个尝试，尽管我们利用的是最简单的模型，我们仍然得到了一些规律性的结果，例如单体组分的带隙结构以及它们对DNA分子性质的影响。在我们的研究中，仍然还有很多的不清楚的物理规律很清楚，等待进行下一步的细致探讨。