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分子马达是广泛存在于生物体内的一种马达蛋白,它主要参与生物体的物质输运、细胞分裂等活动。分子马达高效率的运动功能,引起了我们对这一方向的兴趣,并由此展开了我们自己的研究工作。我们将生物中的马达模型化,考虑转动分子马达在空间棘齿势场中的线性运动行为。首先,对于转动马达,我们讨论在棘齿势中加入开关驱动力和总效果为零的平均力这两种形式的外界驱动,发现了共振现象以及流突变等有趣的结果。在后一种驱动下,我们将系统置于线性方向上的棘齿势中,发现了最佳杆长以及不同外界驱动下系统丰富的运动形态。
论文第一章是引言部分,简要概括了本论文的研究思想以及主要框架。
论文第二章介绍了与本论文有关的生物学中的分子马达。本章先介绍了象征马达运动的轨道-细胞骨架,接着介绍了我们所关注的两类马达,线动分子马达和转动分子马达。
论文第三章介绍了物理学中的分子马达。在这一章里,我们介绍了物理学家在分子马达研究中的两个主要方面-单分子马达模型和集体马达模型。对于单分子马达模型,我们总结了近些年的研究成果并介绍了研究这一模型的理论方法福克-普朗克方程。对于集体马达模型,我们展示了最新的理论方法和相应的研究结果。
接下来的两章内容是我们自己的工作。在前人已有的研究基础上,我们选取棘齿势,并在此基础上讨论马达的运动情况。在第四章中,我们对系统外加开关驱动力,重点讨论马达相角和流的效果,发现在周期驱动条件下有共振现象。在第五章中,我们对系统外加平均力效果为零的外加周期驱动,发现马达运动出现了非常丰富的动力学行为,并进行了详细的讨论。我们将马达置于线性运动方向上的棘齿势中,并对系统添加本章中的相角驱动,然后对系统运动情况进行讨论。我们发现,当改变硬杆杆长时,系统存在最佳定向流,而且不同的驱动强度会导致系统确定性运动,混沌运动和确定性与混沌同时存在的运动这三种运动形态。
论文最后一章是全文总结以及分子马达的前景展望。我们对全文进行了总结并提出了我们今后要研究的问题。