曹佳慧 刘艳艳 艾保全 黄仁忠 高天附

1) (沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳 110034)

2) (华南师范大学物理与电信工程学院,广州 510006)

本文研究了耦合布朗粒子在空间非均匀摩擦环境下的定向输运问题,并进一步讨论了摩擦系数振幅、空间相位差等因素对耦合粒子质心平均速度及能量转化效率的影响.研究发现,耦合粒子的质心平均速度和能量转化效率随摩擦系数振幅的变化都能呈现多峰结构.这一结果表明摩擦阻尼并不总是阻碍布朗粒子的定向运动,一定条件下合适的摩擦环境还能多次增强耦合布朗棘轮的输运性能.此外,在小摩擦系数振幅条件下通过改变外力振幅、外势不对称度、空间相位差还能诱导摩擦棘轮流反转的产生.本文所得结论不仅有助于理解摩擦环境中耦合布朗粒子的输运性能,还可为微观纳米机器的设计与粒子的筛选分离技术提供理论指导.

1 引言

生物分子马达是一种广泛存在于细胞内部的蛋白质大分子,尺度通常在纳米量级,其主要功能是将化学反应高效地转化为定向的轨道运动,因此又被称为天然的纳米机器[1,2].分子马达沿轨道做定向运动的同时可以将ATP 分子中含有的化学能转化为机械运动,进而持续地为物质输运过程提供动力[3].作为细胞内物质输运的载体,生物分子马达参与了众多的生命活动,从肌肉收缩、DNA 的复制到细胞内的有丝分裂等都是分子马达做功的结果.此外,在……