熵垒条件下布朗马达特性的研究

摘要

本论文研究了熵垒条件下布朗(Brownian)马达的特性。首先、我们对处理Brownian马达问题的随机动力学的具体问题和分子马达的研究现状进行了综述。并以此为基础提出了本论文的研究内容。 接下来，我们介绍了熵垒的形成，并在此基础上研究了熵垒条件下受非对称无偏外力作用的Brownian粒子的输运。熵垒存在条件下，Brownian粒子在无偏脉冲外力的作用下可以产生宏观的定向输运。环境的扰动可以使其定向输运速度达到极大值，说明了噪声对粒子输运的控制作用。另外，形成熵垒的通道结构也对Brownian粒子的输运速度有控制作用。这些结论可以使我们进一步理解分子马达系统结构的复杂性对马达输运的作用。 第三、我们以Brownian马达的力速关系为基础，研究了非对称熵垒条件下Brownian马达携带负载的能力和Brownian马达在各种参数空间中的工作区间。熵垒条件下，Brownian马达的输运速度与负载力之间满足单调下降的函数关系，与现有的能垒和实验的结论一致。Brownian马达的输运速度和失速力都是温度的峰值函数。它表明了，环境噪声不仅有利于马达的输运而且有利于Brownian马达携带更大的负载。随着负载的增加，马达在各种参数空间中，如：温度等，的工作区间会减小。在f-T平面中Brownian马达只能在一定的区域内工作。我们还发现要使Brownian马达正常工作，环境涨落和通道的结构参数都存在阈值。并且通道的结构对马达的输运和载荷能力都有控制作用。 最后、我们研究了Brownian马达在熵垒条件下的效率，并与传统的能垒条件下的结果进行了比较。研究表明熵垒条件下，Brownian马达的效率是温度的峰值函数；而传统能垒条件下，效率是温度的单调减函数。它表明熵垒条件下，一定的环境噪声对Brownian马达的能-力转换的促进作用，能垒下则表现为破坏作用。在一定的极限条件下，熵垒和能垒作用的Brownian马达表现出了相同的宏观特性，但是微观局域表现却不相同。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1朗之万(Langevin)方法

1.2 Langevin方法中的噪声简介

1.3福克-普朗克(Fokker-Planck)方程描述

1.4福克-普朗克(Fokker-Plank)方程的求解

1.5 生物分子马达简介

1.6生物分子马达的研究现状

1.7论文的选题意义及内容简介

第2章熵垒条件下Brownian粒子的输运

2.1 Brownian粒子在势垒条件下的动力学方程

2.2无固定横截面积通道中的扩散

2.3 Fick-Jacobs方程的随机动力学方法

2.4熵垒条件下Brownian粒子扩散运动动力学过程

2.5熵垒条件下Brownian粒子输运的几率流

2.6环境扰动对熵垒条件下Brownian粒子输运的影响

2.7通道结构对Brownian粒子输运的作用

2.8小结

第3章熵垒条件下Brownian Motor的载荷研究

3.1模型简介及Brownian motor动力学方程

3.2环境噪声对Brownian马达载荷特性的影响

3.3通道结构对Brownian马达载荷特性的影响

3.4小结

第4章熵垒条件下Brownian Motor运行效率的研究

4.1 Brownian马达的效率

4.2模型简介及Brownian马达运行效率

4.3结果分析

4.4小结

第5章结论

5.1总结

5.2展望

附录A

参考文献

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