過阻尼反饋耦合棘輪的定向輸運與效率研究.pdf

1、近年來，生物體內(nèi)分子馬達的定向輸運研究引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。分子馬達是一種酶蛋白大分子。它們在生物體內(nèi)分布廣泛且種類繁多，能夠輸運生物體內(nèi)各類細胞器及其他物質(zhì)等。在實際的定向輸運過程中，分子馬達能夠直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，且能量轉(zhuǎn)化效率遠超目前的人造馬達，所以對分子馬達的定向輸運及效率進行研究十分必要。由于分子馬達的尺度非常小，通常為納米量級，所以其具有明顯的布朗運動特性。此外，分子馬達在催化水解發(fā)生隨機漲落的同時，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)致馬達本身會出現(xiàn)一系列構(gòu)象的變化，這些構(gòu)象的變化又導(dǎo)致了馬達頭部與軌道作用發(fā)生變化，使馬達在無歸的自由擴散中產(chǎn)生宏觀的定向運動。
　　當(dāng)分子馬達沿軌道定向運動的過程時，不同的位置處馬達與軌道間的作用不同，說明此時作用力的大小與馬達頭部的位置有關(guān)。根據(jù)生物體內(nèi)的作用機制，本文討論了布朗棘輪定向輸運時的反饋控制形式，采用了閉環(huán)控制機制，此控制策略的優(yōu)點是取決于系統(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諧力時，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，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，不同勢不對稱度下耦合粒子質(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)化效率能夠達到最大。研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)耦合粒子受到簡諧力時，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)化效率也能達到最大