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复杂外力下过阻尼布朗粒子的定向输运
来自 掌桥科研
刘艳艳
摘要：
近年来,生物分子马达得到了广泛关注.生物分子马达是将化学能转化为机械能的生物大分子,其尺寸只有几纳米或数十个纳米,是人类长期梦寐以求的生物纳米机器.研究表明,生物体内所有的基本过程分子马达都有参与,例如基因的复制,转录,翻译,分裂与合成都与分子马达的定向运动密不可分.目前,人们发现很多已知蛋白酶的本质也是分子马达,例如RNA聚合酶.在生物体内,分子马达利用ATP的水解释放的能量实现自身的定向运动.在细胞运动,肌肉收缩,胞浆移动和信号传导等都是马达蛋白沿细丝上的定向运动来完成的.由于分子马达工作时需要的空间很小,并且十分灵活,马达可在血浆中做定向运动,因此医学上能够做到不开刀便能实现排除体内肿瘤的目标.在人造纳米器件方面,分子马达的能量转化效率非常高,野生型驱动马达的能量利用率高达70%,旋转ATP合成酶更是接近100%.因此,生物分子马达的研究在众多领域都有广泛的应用前景.本文在随机能量理论基础上,应用朗之万方程进行数值模拟,研究了二维耦合布朗粒子的定向输运与流反转,并详细讨论了在非保守力参数,弹簧原长,弹簧系数下对布朗棘轮定向输运的平均速度以及流反转的影响.首先,在有相同的外力参数下,通过对耦合力的探究改变,探究布朗粒子的平均速度的大小,最后进一步讨论了耦合力参量以及非保守力参量下对输运速度的影响.经过研究表明,粒子的相互耦合力的大小影响布朗粒子的输运速度较大,但是也同时表明了耦合力参量的大小,在一定条件下,可以促进输运速度.所以在有不同的耦合力参量的参与下,过阻尼布朗粒子也可以改变输运速度.此外,非保守力的相互制约参数的不同,一定条件下可以使速度流由负向转为正向.产生流反转的效果,所以在合适的非保守力参数下将会有最大的流速度.本文的所得结论不仅有助于布朗粒子在多重力与势垒力作用下的相互理解,也可以为微管纳米机器以及实验数据提供理论数值参考.
关键词：
生物分子马达 平均速度 流反转
学位级别：
硕士
学位年度：
2022

布朗粒子的定向输运。
基本属于利用布朗运动能量的二类永动机。