利用偶极子模型研究肌球蛋白Ⅵ的定向运动

从整个肌球蛋白分子马达系统的结构特点和实验现象出发, 利用电偶极子模型构建一个势能函数, 应用朗之万方程讨论其定向运动行为. 通过调整分子马达电偶极子参数, 模拟得到了肌球蛋白Ⅵ分子马达系综沿微丝负向的平均位移和平均粒子流, 并讨论了负载力和马达偶极子转动速率对肌球蛋白Ⅵ系综运动的影响. 研究发现, 分子马达的运动方向会随马达偶极子旋转方向的不同而变化, 马达偶极子逆时针旋转时分子马达向微丝负端运动(此时对应肌球蛋白Ⅵ), 顺时针旋转时分子马达向正端运动(此时对应肌球蛋白Ⅴ); 当负载力很大时, 肌球蛋白Ⅵ甚至会向微丝的正端运动.     

分子马达运动:生命滑动的乐章

生命在于运动,因此运动对生命而言具有至关重要的意义。肌球蛋白、动力蛋白和驱动蛋白是三种重要的分子马达,负责肌肉细胞和非肌肉细胞的运动。肌球蛋白与肌动蛋白间滑动构成肌肉收缩的基础;动力蛋白和驱动蛋白沿微管运动在细胞内物质运输,有丝分裂、减数分裂中染色体分离过程和细胞骨架动力学方面发挥重要作用。分子马达突变或缺陷可导致遗传性神经病变、严重型肌病和呼吸道慢性感染等发生。因此,分子马达运动的相关研究成果为多种疾病治疗提供新的策略。文章回顾了分子马达的研究历程、生物学作用和应用意义。     

柴油机等径颗粒平面碰撞过程凝并特征

针对后燃期柴油机颗粒物的碰撞过程,结合气溶胶颗粒的受力分析和基于弹性形变力、范德华力的非完全弹性碰撞运动方程,探讨了等径颗粒平面非完全弹性碰撞过程的两个特征-压缩、恢复和影响压缩恢复的主要特征参数.进一步研究了入射角、碰撞频率、压缩距离、恢复系数和凝并效率等特征参数相互之间的关系及其在碰撞过程中的作用.研究结果表明,任意粒径下,随着压缩过程的进行,范德华力均增强;对于相同粒径颗粒,在压缩过程中,弹性形变力始终大于范德华力,且两者差距逐渐增大.颗粒粒径分散性越大,颗粒间碰撞频率越大.15,45 nm颗粒分别与50 nm颗粒碰撞频率的比值约为1.9倍.等粒径颗粒碰撞过程中,初始相对速度保持不变时,入射角增大,压缩距离增大,对心碰撞时,压缩距离最宽;相同入射角下,压缩距离随着初始相对速度的增加而逐渐增大.随着恢复系数的增大,临界速度逐渐减小,凝并效率呈逐渐减小趋势.当恢复系数等于0.026时,凝并效率约为50.05%,能够实现较高效的碰撞和较快地促进颗粒凝并,当恢复系数大于0.063时,凝并效率接近于零,极大部分颗粒碰撞之后发生分离,阻碍了颗粒凝并.     

流场中复杂液滴的变形运动与吸附

液滴动力学是多相流热物理学的重要基础研究方向.随着科学研究的逐步深入和工业技术的不断发展,人们发现液滴的界面可由多种物质分子组成且可出现复杂的结构,如石油工程中表面活性剂、固体颗粒等物质吸附于油水液滴界面,细胞等生物液滴由具有复杂分子组成和结构的膜包裹等.研究发现复杂的分子组成和结构使液滴界面具有剪切弹性、面积扩张弹性、抗弯特性等显著不同于普通液滴表面张力的力学性质,而复杂的界面力与流场黏性力、壁面物理化学吸附力等相互耦合导致液滴在流场中展现复杂的变形、运动、吸附等动力学行为.本文介绍了复杂液滴界面的力学性质及其模型描述,综述了近年来关于流场中复杂界面液滴的变形、运动、吸附行为的研究进展,并给出了后续研究的建议.     

电极距离和取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻的影响

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,研究了电极距离和相对取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻行为的影响.结果显示,负微分电阻行为强烈依赖于电极距离和相对取向.当电极距离为0.35nm且体系的对称性最高时,可以产生最好的负微分电阻行为.     

NF-L蛋白在sf9细胞内表达能单独形成中间纤维样结构

神经丝(neurofilament,NF)是中间纤维的一种类型,组成神经丝的蛋白按其分子量的不同可分为NF-L,NF-M和NF-H三种,分别代表低分子量、中等分子量和高分子量神经丝蛋白.在体外,NF-L能单独装配成10nm纤维,而NF-M或NF-H则只有在NF-L或其它类型的中间纤维蛋白存在的条件下才能一起组装成纤维.当NF基因被转染到成纤维细胞表达时,NF蛋白三组分都能单独与vimentin一起组装成稳定的细胞质纤维网架.利用IF缺陷型细胞SW13进行转染试验的结果显示,与Ⅲ型IF蛋白亚基(如vimentin)不同,没有一个     

车轮扁疤冲击下重载机车齿轮传动系统动态特性分析

利用基于车辆-轨道耦合动力学与齿轮动力学理论建立的考虑齿轮传动系统动态耦合效应的机车-轨道耦合动力学模型,同时考虑车轮扁疤冲击激励和齿轮传动时变啮合刚度激励,仿真分析了机车以60 km/h的速度匀速运行时不同尺寸车轮扁疤诱发的附加轮轨冲击力,研究了扁疤尺寸对重载机车齿轮传动系统动态性能的影响.结果表明:(1)新扁疤长度的不断增大,齿轮副的啮合力和动态传递误差(dynamic transmission error, DTE)的最大值随之增大,特别是当新扁疤长度超过60 mm时,啮合力和DTE的最大值急剧增大;(2)旧扁疤深度一定时,轮轨力最大值随扁疤长度的增大而逐渐减小,啮合力和DTE的最大值变化趋势与轮轨力最大值的变化趋势基本一致;(3)当旧扁疤长度一定时,轮轨力最大值随扁疤深度的增加而逐渐增大;当扁疤深度超过0.5 mm后,轮轨力最大值增长速率减缓,而啮合力和DTE的最大值增长速率反而增大.本文研究工作对铁路机车齿轮副的设计参数选取、动态特性评估、疲劳寿命估算以及轮对维护具有一定的理论参考价值.     

柴油机排气颗粒的力学特征与形貌分析

采用Hamaker等理论模型计算分析了理想状态下颗粒-颗粒间的作用力;采用原子力显微镜以及透射电子显微镜试验的方法,考察了干燥环境下(相对湿度RH≤20%)排气颗粒间总的吸引力、黏附力以及黏附能,探究了排气颗粒粒径对粒子间作用力及颗粒形貌的影响关系.结果表明:颗粒粒径由25 nm增加到45 nm过程中,单颗粒之间的范德华力增加4.6倍,静电力增大9.9倍,相比范德华力,静电力较小.颗粒间黏附力与黏附能均增加了1.8倍.通过AFM试验,对平均粒径分别为30,37,46 nm的团簇颗粒进行测量,发现随着粒径增大,颗粒间总的吸引力F_(at)逐渐增大,为1.04~1.38 n N,范德华力F_(vdw)是F_(at)中的主要作用力,库仑力较小.吸引力F_(ad)与黏附能W_(ad)随着颗粒粒径增大而增加,F_(at)由3.21 nN增大到3.75 nN,增大约16.8%,W_(ad)由2.03×10~(-16) J增大到2.20×10~(-16) J,增大约8.4%,F_ad与W_(ad)的增大充分反映了颗粒间的黏附性增强,颗粒间能量势垒增大,团簇颗粒间更为稳定.随着颗粒平均粒径的增大,导致了颗粒间吸引力、黏附力及黏附能增大,颗粒逐渐团聚,由枝状向簇状转变,逐渐呈山峰状堆积,颗粒致密度、团簇大小均增大,说明颗粒间作用力的变化与颗粒形貌之间存在一定的影响关系.     

细胞怎样感知与响应微环境机械力学性能

近年来,随着细胞力学行为相关研究的深入发展,细胞与微环境的物理力学联系不断被揭示.细胞力学刺激与响应已被充分证明在微观的细胞铺展、迁移、增殖、分化等行为,以及宏观的胚胎发育、组织形成、疾病发展等至关重要的生物过程中扮演决定性角色.与细胞力刺激相关的刚度、形貌、配体分布等物理性能也因此成为生物材料设计的重要参数.然而,这些静态的物理参数怎样给予细胞力学刺激,细胞又是怎样感受微环境中的机械力学性能,这是一个有趣的话题.本文详细介绍了细胞的力学响应机制,突出了细胞内作用力在细胞力学响应过程中的决定性作用;从分子生物学角度阐述了细胞内力的传递与力学信号转导过程;借此助力生物材料领域学者对细胞与生物材料相互作用的理解,推动细胞与分子生物力学的发展以及新型生物材料的研究与开发.     

微丝、微管抑制剂及周期性电脉冲对豌豆幼苗韧皮部运输的影响

<正>高等植物韧皮部运输是否只靠源库间的膨压差来推动,其中有无原生质的参加,一直是有争议的问题.60年代初,阎隆飞等首先在烟草韧皮部鉴定出肌动球蛋白.阎隆飞和刘国琴最近又在芹菜韧皮部鉴定出微管蛋白和类动蛋白(kinesin-like protein).过去对韧皮部蛋白(P-蛋白)能否执行运输功能颇有争议,最近也在其中找到了与运动有关的蛋白质,这引起研究运输的生理学家的极大兴趣.微丝、微管是高等植物细胞的基本组分.在丝瓜卷须快速弯曲运动中,接受刺激的部位与发生快速运动的部位之间需要有电波传递,电波所到之处,原生质发生收缩运动.已经在丝瓜卷须中鉴定出肌动蛋白和肌球蛋白.用专一性抑制剂的研究也表明,发生收缩运动的组分是微丝.表明植物原生质的运动与动物类似,受“神经-肌肉机制”的调控.Wayne的研究表明,细胞内的电波传递会干扰肌动蛋白和肌球蛋白相互作用,使胞质环流停止.我们最近的研究结果表明,周期性电脉冲减弱玉米苗韧皮部对¹⁴C-同化物的运输,但并不影响³²P在木质部的运输,提示电脉冲刺激很可能是作用于韧皮部的微丝、微管 因此,我们设想运输韧皮部(transport phloem)筛管中微丝和微管的生理活动参与韧皮部运输.本试验利用微丝、微管特异抑制剂和周期性电脉冲抑制微丝和微管的生理活动,进而观察其对抑制韧皮部运输的效应.正在萌发的豌豆幼苗,适于用作细胞内含物再分配的研究. 营养源是养料储备丰富的子叶,胚根维管束是物质运输的通道,正在伸长生长的胚根是库,构成理想的源、库、通道的物质运输系统.在这个系统中,胚根伸长生长所需的物质完全靠子叶细胞内含物的再分配,这和蒜苔细胞内含物向新生珠蒜的再分配很相似.蒜瓣表皮和蒜苔组织汁液的转移主要靠原生质的胞间运动,但韧皮部的汁液运输有无原生质的推动至今尚未阐明.本试验以豌豆胚根的伸长生长和外源¹⁴C-蔗糖作为作韧皮部汁液运输的指标,从两个角度考察微丝、微管在韧皮部运输中的作用:即分别观察微丝、微管抑制剂和周期性电脉冲刺激对韧皮部运输的影响.     

微机械中的机构学研究方向

机构学是以运动几何学和力学为主要理论基础,以数学分析为主要手段,对各类机构进行运动和动力分析与综合的学科.传统的机构学已由简单机构的运动分析与综合向复杂机构的运动分析与综合发展,由机构运动分析与综合向机构动力分析与综合发展.近代的机构学,研究机构系统的合理组成方法及判据,对机构精度进行动态分析,研究运动副间隙、摩擦、润滑与冲击所引起的机构运动变化、稳态与非稳态下的动态响应和过渡过程问题;研究考虑构件弹性变形的运动弹性动力学问题;研究视整个机构系统为柔体的多柔体系统动力学和逆动力学分析、综合及     

纳米金颗粒对葡萄糖氧化酶活力增强效应的初步探讨

纳米金颗粒对葡萄糖氧化酶(GOD)活力的增强作用已经从掺金GOD电极响应电流的变化中得到证实.当颗粒粒径从30nm减小到10nm时,这种增强效应发生了质的飞跃.对于这一现象的根源,有两种可能:一种是表面效应的作用,即颗粒粒径变小所带来的总比表面的增大,提供了越来越多的GOD吸附位点与作用位点,使总催化能力增强;另一种是量子尺寸效应,即当颗粒小到一定程度时,颗粒表面与GOD分子能够发生电子传递,进而影响GOD的催化能力.由于酶本身作用机制的复杂性,通常很难直接断定哪一种效应在起主要作用.最近,我们在研究金纳米颗粒与GOD相互作用的过程中,发现了GOD的吸附量与催化能力的非对应关系,从而得到了量子尺寸效应在纳米颗粒增强GOD酶活力过程中起重要作用的有力证据.     

原位红外光谱法研究(CdS)_4分子簇在八面沸石笼内的形成

纳米(nm)级的CdS半导体分子簇具有良好的非线性光学和光能储存等特性.当簇的尺寸小于5nm时,表现出“量子限定”的特性,即位于分子簇界面上的原子,它与分子和体相晶体内的原子不相同,相应地改变了它的光吸收特性,纳米DdS分子簇相对体相晶体CdS,光吸收产生了蓝移.在具有纳米尺寸微孔,并以周期性排列的沸石晶体内,合成CdS分子簇,它的尺寸应小于HY沸石的超笼(直径1.3nm)和β笼(直径0.9nm)的孔直径,这类分子簇的结构测定已不能采用常规的X-衍射法(只能定出晶粒在2.5nm以上的固体).采用EXAF法只能定出原子间的间距,需配合理论模型进行拟合计算.这里建议的原位IR谱法,以沸石表面羟基为探针,结合已知的沸石笼内阳离子分配的位置,能更简便地定出分子簇在笼内形成的结构,并能跟踪合成步骤观察到它的形成过程.     

超快强场激光在高温燃烧场中的成丝现象及其应用

超快强场激光在大气等光学介质中传输时会受到克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的动态调制,产生一种独特的非线性光学现象——激光成丝,在大气传感、太赫兹光谱产生、天气控制等研究领域具有重要的应用前景.针对超快强场激光在高温燃烧场成丝燃烧诊断应用,介绍了超快强场激光在燃烧场中成丝动力学过程以及传输成丝特性,综述了强场超快激光成丝诱导非线性光谱的机理及其在高温燃烧场诊断应用中的研究现状和进展,并探讨了当前强场超快激光成丝在该领域所面临的挑战和应用前景.     

胍变性的OPTA标记的肌酸激酶的再折叠研究

变性的完整蛋白质分子在体外再折叠的研究虽然不能完全模拟体内新生肽链的折叠,然而它可以对蛋白质的折叠提供一些有用的信息.因此近年来对于变性蛋白质再折叠的研究引起了人们广泛的重视.过去我们曾经研究了经脲或盐酸胍变性的肌酸激酶的再折叠与复活,发现在适当的条件下,变性的肌酸激酶可以再折叠至接近天然构象状态,酶活力亦可恢复至接近初始酶活力.比较再折叠与复活的动力学过程,发现酶分子再折叠和复活不是同步进行,在再折叠基本完成之后,酶的复活尚有一个很长的慢过程.我们曾用OPTA专一性的标记酶的活性部位,形成一个荧光基团,以此为探针探测在低浓度脲溶液中失活时活性部位的构象变化.在本文中,我们用这个荧光探针,探测了在胍变性肌酸激酶再折叠过程中,酶的活性部位的构象变化过程,并与整个分子的再折叠和酶的复活过程进行了比较研究.     

方兴未艾的超声空化技术应用

超声波与声波一样,是物质介质中的一种弹性机械波,其频率范围为2×104Hz～109Hz.超声波在物质介质中可形成介质粒子的机械振动.当超声波能量足够高时,就会产生超声空化现象:液体中的微气泡在声场作用下发生一系列动力学过程,压力波的作用使流体中分子的平均距离随着分子的振动而变化,在超声波纵向传播形成的负压区微气泡产生、生长,而在正压区又迅速崩溃、闭合.理论和实验已证实,空化过程可以把声场能量集中(聚焦)起来,伴随空化泡崩溃瞬间,在空化泡周围的极小空间内产生异乎寻常的高温(＞5000K℃)、高压(＞5×107Pa)、强冲击波和射流等极端物理条件,其能量效应和机械效应会引起特殊的物理和化学效果.     

温度诱导紫色光合细菌Rps. palustris外周捕光 天线的解聚及动力学

运用稳态吸收光谱、圆二色谱及共振拉曼光谱手段研究了Rps. palustris的外周捕光天线LH2复合物的热稳定性, 发现在升温过程中B800, B850细菌叶绿素分子逐渐向游离色素B780转化; 细菌叶绿素分子及类胡萝卜素分子可见光区域的圆二色信号逐渐消失; 类胡萝卜素分子的C=C及C—C的伸缩振动频率均向高波数方向移动. 上述现象表明: 在B800, B850及各种类胡萝卜素分子共存的情况下, 升高温度能够诱导LH2环状聚集体结构被破坏. 通过对动力学衰减曲线进行表观指数拟合, 发现LH2复合物中色素的解离过程发生在缓慢的时间尺度(分钟).     

红荧烯掺杂有机薄膜中的单重态激子裂变过程

在室温下测量了红荧烯掺杂有机薄膜光致发光的磁场效应.磁场效应的线型可以归结为外加磁场对掺杂的红荧烯分子间发生单重态激子裂变过程的调控作用.实验发现,光致发光磁场效应的幅度与红荧烯分子间的平均间距之间展现出非线性的对应关系.这种现象说明,当改变掺杂分子间的间距时,掺杂分子间的耦合强度变化可以对激子裂变过程的强度产生重要的影响.在理论上,磁效应幅度与分子间距之间的非线性关系可以采用朗道-齐纳的非绝热跃迁理论进行解释.而实验上,研究分子间耦合强度改变时激子裂变过程的变化,是研究激子裂变过程微观动力学的一种重要方法.本研究工作表明,对于利用单重态激子裂变敏化的有机光伏器件,分子间的耦合强度是一个需要考虑的重要因素.     

激光光钳法细胞膜弹性测量技术的建立和白细胞膜弹性的测量

在激光光钳装置上, 利用会聚的740 nm激光束捕获住凝集素包被的1 μm小球, 靠近细胞质膜, 待形成稳定结合后, 通过微动样品台来牵拉细胞膜, 牵拉过程中形成细丝, 即“膜丝”. 膜丝上的张力用光钳装置上的力测定单元测得. 用该法测量了白细胞的膜表面张力, 外力作用下的膜变形呈多种形态. 在接触面积较小的情况下形成的膜丝较细, 直径小于1 μm, 张力大小为7.4 pN. 在接触面积较大的情况下会形成大尺寸的膜突出, 张力大小约为14.0 pN, 推测后者与膜骨架的变形有关.     

单个DNA分子光敏断裂过程的观察

利用荧光显微镜和冷却CCD记录单个拉直的lDNA分子在光照下逐渐断裂的动态过程. lDNA分子经高效的YOYO-1染料染色后, 用分子梳技术拉直, 并使DNA链的若干局部点固定在APS修饰的玻片上. 在蓝光的照射下, 观察lDNA的断裂和断裂后的弹性回缩过程. 结果表明, DNA构象的变化以及水分子的作用, 有可能使DNA在光照的作用下更加容易断裂. 此技术将在研究DNA弹性、DNA与染料相互作用以及肿瘤治疗中起一定的作用.