分子motor定向输运的反常扩散机制

研究了分子motor在非对称闪烁周期势中的反常扩散引起的输运过程 .通过解析和数值方法求解广义Langevin方程 ,得到了粒子稳定定向流 ,研究了其随反常扩散指数δ和无势停留时间τoff的变化规律 .

分子马达定向运动的瞬态过程

本文研究了在一维三态周期跳跃模型下分子马达定向运动的瞬态过程 .对于给定的任意初始分布 ,得出了与时间有关的几率分布的解析表达式 ,包括到达稳态之前的所有的瞬态过程 ,由此可获得马达在各个时刻的漂移速度和扩散系数 ,这是对与时间有关的两态模型的一个推广 .同时还计算了马达到达稳态所需要的特征时间 .并把结果同实验及其他计算结果进行了比较 。

分子马达定向运动的物质结构基础

在分析了两种分子马达结构及动力学特征的基础上,介绍了分子马达定向运动的结构学模型.该模型不仅说明了各种分子马达可能存在着相似的运动机制,而且为构建分子马达的物理学模型提供了理论依据.

马达蛋白定向运动及能量转换效率的研究

通过建立非平衡涨落下的随机跃迁的两态模型,并利用非对称的周期势和Fokker-Planck方程及其本征值法计算两态模型的几率流和稳态几率流密。结果表明马达蛋白的定向运动与有效势的整体倾斜斜率有关,定性讨论了系统能量转换效率与负载有关。

分子马达运动机制的基本观点及力-化学耦合

从物理学角度讨论了分子马达定向运动机制的基本观点,介绍了用Fokker-Plank方程求解几率流的一般思想,以及分子马达力学和化学过程可能的耦合方式。

关联噪声驱动的分子马达模型

推导了在关联噪声驱动下分子马达定态几率流的表达式 .通过解析计算和数值模拟得到如下结果 :加性白噪声不能驱动分子马达产生定向运动 ,定态几率流的方向取决于积分值δ ;且在一维余弦势场中 ,定态几率流随着噪声关联参数的变化与噪声强度大小有关 ;不论噪声间是正关联或负关联 ,当内噪声强度一定 ,随着外噪声强度的增加 ,定态几率流增大 。

分子马达的三态周期跳跃模型

研究了在一维三态周期跳跃模型下分子马达的定向运动 .对于给定的任意初始分布 ,得出了与时间有关的几率分布的解析表达式 ,包括到达稳态之前的所有的瞬态过程 ,由此可获得马达在各个时刻的漂移速度v、扩散系数D以及描述马达随机性质的随机参数r(randomnessparameter ) .同时还计算了马达到达稳态所需要的特征时间 .并把计算结果同实验进行了比较 .

分子马达 构建“小”的世界

科普便利贴:机体的一切活动,从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质(DNA)的复制,到细胞的分裂等等,在分子水平上,都是具有马达功能的蛋白质大分子做功推动的结果。因此,它们被称为分子马达或蛋白质马达、蛋白质机器等。到目前为止,已有百种以上的分子马达被确定,它们在机体内执行着各种各样的生物功能。分子马达都是沿着相应的蛋白丝做定向运动。这些蛋白丝起着"轨道"的作用,它们都是有极性的,因而也是有方向性的。这些分子马达可高效率地将贮藏在腺苷三磷酸(ATP)分子中的化学能直接转换为机械能,产生协调的定向运动而做功。迄今为止,人类尚无由化学能直接转换为机械能做功的任何记载,因而由生物体反映出的这种独特的能量转换形式不仅对于生命活动至关重要,而且人类也可以从新的角度出发去认识、研究及利用这种能量转换的分子机制。因此,分子马达做功原理及能量转换机制一直是分子生物学、物理学、生物化学等诸多学科中最为引人注目的领域之一,并且会在相当长的时间里成为多学科共同面临的一个极具挑战性的科学领域。

仿生表面结构设计对液滴冷凝及收集行为的影响

目的提高仿生表面液滴冷凝及收集效率。方法借鉴典型生物微纳结构及表面特性,采用分子动力学方法,建立水汽冷凝演化模型,分析纳米阵列形貌、亲疏水比及楔形顶角对液滴冷凝及收集行为的影响。结果液滴在方形阵列结构中易钉扎,不利于去除;在矩形阵列结构中具有较好的流动性,且相对方形阵列表面凝结量提升了30.8%。随着亲疏水比θ的增加,沉积在阵列间隙的水分子数增多,钉扎效应加剧,更易形成膜状冷凝;相反地,θ越小,液滴倾向形成滴状冷凝并呈现Cassie态。调整楔形阵列的顶角α可以有效实现液滴的定向运动。当α为3°或6°时,楔形结构能够产生足够的Laplace压力差,驱使液滴定向运动;当α为9°或12°时,能够引导液滴在楔形结构尾端聚集,并融合成更大尺寸的液滴,凝结量相对α为0°分别提升了210.7%和193.0%,收集效率显著提高。相比于单一的仿生表面,结合沙漠甲虫和仙人掌的耦合集水策略设计出的双重仿生结构在凝结量及最大液滴尺寸上均有明显提升,有效提高了液滴的冷凝及收集效率。结论通过调节纳米阵列形貌和楔形顶角,并合理设置亲疏水比,可有效提高液滴冷凝及收集效率。研究结果为强化冷凝功能的仿生表面设计提供了一定的理论指导。

利用聚集诱导发光现象观察分子定向运动的综合实验

设计了一个综合实验,将"聚集诱导发光(AIE)""分子机器"等科学前沿问题引入实验教学。该实验将化合物合成、荧光性能表征和化学动力学测试相结合,集有机化学、分析化学和物理化学相关内容于一体。通过课堂讲解和拓展阅读,使学生了解"分子机器"的基本概念,熟悉AIE现象产生的机理,提升学生利用理论知识解决实际问题的能力。本实验项目所需仪器简单、原料廉价、安全性高,适合于不同层次院校的本科实验教学。本实验项目基本学时为4学时,具有良好的可拓展性,建议在第五学期开设。更重要的是,本实验项目将课程思政与实验教学相结合,通过对AIE这一由中国人原创的科学理论的学习,增强学生的民族自豪感和自信心,激发学习热情。

气体粘滞现象中的角动量分析

角动量是一个重要的物理量。在某些情况下,从角动量的角度进行分析非常方便。分子运动论中也有这类问题。用角动量输运的观点,可对旋转气体系统内的粘滞现象给出简单明了的微观解释。然而在一般粘滞现象的微观解释中,伴随着动量输运的角动量变化规律却不是那么明显,有待于进一步分析。为了叙述方便,按教科书中的方法,取如图1所示系统,气体沿y轴正向定向流动,流速随z坐标而变化。考虑对x轴的角动量。A。

上海应物所在DNA纳米泵研究方面取得进展

近期,中国科学院上海应用物理研究所研究人员基于界面精确自组装技术实现了质子驱动的DNA纳米泵。相关结果发表于Adv.Mater.（2016,28,DOI：10.1002/adma.201506407）,并被Nature Reviews Materials杂志作为研究亮点,以Pump fiction为题进行了专题报道（Nature Reviews Materials 2016,DOI：10.1038/natrevmats.2016.47）。

大蒸气量+高顺滑度:高效率熨斗两大法宝

整熨衣服最关心的当然是效率了,但在提高效率之前还是来了解一下织物是怎样被熨平的:水受热后会急骤蒸发,定向的水蒸气具有很强的穿透性和扩散性,能润湿并加热织物纤维,使纤维分子和水分子加速运动,并在熨斗压力的作用下,使纤维分子链段做定向运动,并有次序整齐地排列起来。当熨斗离开织物表面时又受到急骤冷却,纤维分子就在该位置被固定下来。

上海应物所在DNA纳米泵研究方面取得进展

近期,中国科学院上海应用物理研究所研究人员基于界面精确自组装技术实现了质子驱动的DNA纳米泵。分子级别的纳米泵在生物体内发挥着重要的生物学功能,如细胞内外水分子的输运以及离子的输运等。模拟并构建纳米泵及其功能实现是纳米技术领域的重要挑战之一。DNA纳米技术为解决这一挑战性问题提供了可能。上海应物所樊春海团队基于DNA纳米技术发展了三维、动态DNA纳米结构,并对DNA纳米器件以及生物分子的界面可控组装开展了系统的研究。

分子马达的分类及其在医药领域的应用进展

分子马达作为生物体重要组成部分,参与细胞内物质运输、有丝分裂及细胞骨架的构建等,是生物体内一种蛋白质类纳米机器。分子马达种类很多,沿微管定向运动的动力蛋白和驱动蛋白、以肌动蛋白丝为运动轨道的肌动蛋白、三磷酸腺苷(ATP)合成酶、以离子跨膜运输为驱动力的鞭毛马达等,它们运输受到阻碍会引起疾病,如胃癌、阿尔茨海默病及黑色素瘤等。分子马达定向运动的特性使其可靶向治疗疾病,因此针对分子马达的研究具有重大意义,目前已成为医药领域的研究热点之一。笔者首先详细介绍了分子马达的种类、组成结构、主要功能以及运动机制,然后总结了近几年分子马达的应用进展,最后对未来的发展进行了展望,并对分子马达研究当前存在的问题进行阐述。

自由电子是怎样运动的

金属导电．靠的是自由电子，金属中的电流是带负电荷的自由电子发生定向移动形成的。那么，自由电子是怎样做定向移动的呢？我们知道．一切物质是由分子构成的．分子又是由原子构成的，而原子又是由位于中心的原子核和核外电子构成的。

“麦克斯韦妖”机

一公升普通空气的重量不会超过一美分硬币重量的一半，却含有足够将一个7 kg保龄球抛离地面超过3m的热能。如果能设计出一个装置，将这些乱撞气体分子的热能转换成做定向运动的有用功，将会是非常有益的。虽然热力学第二定律告诉我们，不可能有任何一种装置能将单一热源的热能只转换为有用的功，但这并没能阻止近150年来人们对将热噪声从随机整流为定向运动可能性的遐思。