過阻尼反饋耦合棘輪的定向輸運(yùn)與效率研究.pdf

1、近年來，生物體內(nèi)分子馬達(dá)的定向輸運(yùn)研究引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。分子馬達(dá)是一種酶蛋白大分子。它們?cè)谏矬w內(nèi)分布廣泛且種類繁多，能夠輸運(yùn)生物體內(nèi)各類細(xì)胞器及其他物質(zhì)等。在實(shí)際的定向輸運(yùn)過程中，分子馬達(dá)能夠直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，且能量轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)超目前的人造馬達(dá)，所以對(duì)分子馬達(dá)的定向輸運(yùn)及效率進(jìn)行研究十分必要。由于分子馬達(dá)的尺度非常小，通常為納米量級(jí)，所以其具有明顯的布朗運(yùn)動(dòng)特性。此外，分子馬達(dá)在催化水解發(fā)生隨機(jī)漲落的同時(shí)，也發(fā)生著一系列持

2、續(xù)且具有周期性的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致馬達(dá)本身會(huì)出現(xiàn)一系列構(gòu)象的變化，這些構(gòu)象的變化又導(dǎo)致了馬達(dá)頭部與軌道作用發(fā)生變化，使馬達(dá)在無歸的自由擴(kuò)散中產(chǎn)生宏觀的定向運(yùn)動(dòng)。
　　當(dāng)分子馬達(dá)沿軌道定向運(yùn)動(dòng)的過程時(shí)，不同的位置處馬達(dá)與軌道間的作用不同，說明此時(shí)作用力的大小與馬達(dá)頭部的位置有關(guān)。根據(jù)生物體內(nèi)的作用機(jī)制，本文討論了布朗棘輪定向輸運(yùn)時(shí)的反饋控制形式，采用了閉環(huán)控制機(jī)制，此控制策略的優(yōu)點(diǎn)是取決于系統(tǒng)的狀態(tài)或信息。本論文討論了反饋耦合布朗棘輪中

3、粒子受到方波力及簡(jiǎn)諧力時(shí)，其質(zhì)心的平均速度、能量轉(zhuǎn)換效率等問題。研究發(fā)現(xiàn)，在耦合粒子受到方波力時(shí)，隨著外力振幅的增加，質(zhì)心平均速度能夠出現(xiàn)峰值。然而隨著外力周期的增加，不同勢(shì)不對(duì)稱度下耦合粒子質(zhì)心的平均速度出現(xiàn)準(zhǔn)周期變化。此外，隨著外力振幅的增加，反饋棘輪的能量轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)到最大。研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)耦合粒子受到簡(jiǎn)諧力時(shí)，隨著外力頻率的變化，耦合粒子的平均速度能夠出現(xiàn)一個(gè)峰值。隨著外力頻率的增加，耦合粒子的平均速度及能量轉(zhuǎn)化效率也能達(dá)到最大