交流驱动下布朗棘轮的斯托克斯效率研究

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1、单位代码：１０１６６＠—硕士学位论文交流驱动下布朗棘轮的斯托克斯效率研究吕明涛论文作者：理论物理学科专业：高天附副教授指导教师：培养单位：物理科学与技术学院全曰制培养类别：２０１８年５月２７曰完成时间：沈阳师范大学学位评定委员会全日制研究生√编号：类教育硕士别同等学力硕士学位论文题目：交流驱动下布朗棘轮的斯托克斯效率研究培养单位：物理科学与技术学院专业名称：理论物理指导教师：高天附副教授研究生：吕明涛完成时间：2018年5月27日沈阳师范大学研究生

2、处制学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在导师的指导下取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明并表示了谢意。＇５、＞作者签名：叫痛日期：洲１学位论文使用授权声明本人授权沈阳师范大学研究生处，将本人硕士学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅、

3、；有权可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本规定。期、：公作者签名：曰叫交流驱动下布朗棘轮的斯托克斯效率研究摘要在过去几十年的研究中，生命体内生物分子马达定向运输现象研究引起了学者们的极大兴趣。分子马达在生物体内普遍存在，且种类繁杂功能不一，有些分子马达能够将生物体需要的细胞质以及营养物质输运至特定位置，也有一些分子马达扮演着信息传输的角色。这些分子马达在生物体内对能量的利用效率极高，能够大大缩减能量转换和利用过程，马达的这一特点使其在遗传物质传递

4、和跨膜运输方面有很大优势，因此马达的能量转化机制是该领域的研究热点。通常，生物分子马达尺度大小为纳米量级，因此人们可以把处于运动环境中的分子马达模拟为布朗粒子，人们能够通过研究布朗粒子在热浴环境中的运动过程来研究分子马达的性质。为探究生物分子马达的输运特性，根据不同的实际运行环境人们提出了不同理论模型，通过研究不同棘轮中布朗粒子的运动，不但可以了解布朗马达产生定向运动的机制，找到其定向输运的最优条件，还能够提高棘轮对输入到系统中能量的有效利用。目前，关于分子马达能量的研究仍然有很多问题尚未解决，尤其是交

5、流驱动下无负载时的输运效率问题。本文根据热浴环境的特点，讨论了过阻尼环境中简谐力作用下分子马达的定向输运流以及斯托克斯效率问题，并深入分析了外势的结构、外偏置力振幅及热噪声强度等对棘轮定向输运的影响。研究发现，在一定范围的外势不对称性作用下，棘轮能够产生反向输运。同时，在合适的空间不对称度下，布朗棘轮的负向几率流可达到最大，并且当外偏置力振幅为某一合适值时，粒子的输运能够获得提高。研究还发现，在适当的势垒高度条件下布朗棘轮的斯托克斯效率能够得到提高，从而增强了粒子克服粘滞阻力产生定向输运的能力。本文的研

6、究结果不但可以启发实验上人们设计不同类型的棘轮以增强粒子的定向输运，明确影响粒子定向运动的成因，而且还能为提高布朗粒子的输运效率及医学上的药物输送和纳米尺度的微观器件的控制与研发提供一定的理论基础。关键词：输运性能，几率流，斯托克斯效率IStudyontheStokesefficiencyoftheBrownratchetdrivenbyACdrivingforceAbstractInthepastfewdecades,thestudyofdirectionaltransportofbiomolecul

7、armotorsinthebodyoflifehasarousedgreatinterestofscholars.Numbersofmotorproteinsexistinlifebody,andthesetypesofmotorshavebeencomplex.Thesemolecularmotorscantransportmaterialtoaspecifiedpositionofcell.Therearealsolotsofmolecularmotorsthatplaytheroleofinfor

8、mationtransmission.Thestudyofthemolecularmotorattractsagreatdealofattentionduetoitshighefficiency.Thecharacteristicofthemolecularmotorhasgreatadvantagesinthetransmissionofgeneticmaterialandtransmembranetransport.Typically,