【摘 要】
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在生物体内分子马达通过水解ATP释放能量产生平移、旋转等运动,进行物质与能量的输运。借鉴生物马达的这些重要功能,近年来,科学工作者人工合成了结构简单的纳米马达,用于药
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在生物体内分子马达通过水解ATP释放能量产生平移、旋转等运动,进行物质与能量的输运。借鉴生物马达的这些重要功能,近年来,科学工作者人工合成了结构简单的纳米马达,用于药物的定向运输、水质监测、环境治理等方面。另外,在过去的二十年中,在统计、化学和生物学交叉领域中,活性体系动力学的性质引起了广泛的研究。本文采用介观模拟的方法,主要研究了两类成对自驱动马达的相互作用动力学性质及动力学机理。在第一章中,对自驱动马达的研究背景,运动机理,应用前景等做了简要介绍。在第二章中介绍了基于粒子水平的介观模拟方法-多粒子碰撞动力学(MPC),对MPC算法的基本步骤、耦合化学反应、性质等进行较详细介绍。在第三章中,我们提出基于粒子的微观二聚物纳米转动马达模型,并运用MD-RMPC方法通过数值模拟和理论分析来研究活性二聚物对马达的动力学性质。我们发现二聚物马达可以表现出集群现象,如聚集和形成团簇。二聚物马达像双联体一样会形成稳定的配对结构。数值模拟与理论分析相吻合。在第四章中,我们研究将两个二聚物马达置于化学活性介质中,马达上的反应与溶液反应耦合。溶液反应改变了非平衡浓度梯度。另外通过改变内在反应速率常数来改变介质的化学活性,发现马达对具有丰富和复杂的动力学行为,即旋转马达对和布朗马达对。我们研究了潜在的动力学机制。最后给出了配对状态对溶液化学活性的依赖性的相图。本文的研究结论有助于加深自驱动马达的集体动力学结构和相行为的理解,并且为各种条件下的合成马达的设计和动力学研究提供了一个建模平台。对实验的开展具有指导作用。
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