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鞭毛电机的运行机理和特性研究

  • 资源大小:1504 K
  • 上传时间: 2023-11-08
  • 上传用户:zinuoyu
  • 资源积分:2 下载积分
  • 标      签: 电机

资 源 简 介

分子电机是一种特殊的蛋白质大分子,广泛存在于肌肉纤维和细胞组织中。生命体内的一切活动,从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质的复制,一直到细胞的分裂等等,都是源于具有分子功能的分子电机。鞭毛电机(BacterialFlagellarMotor,简称BFM)是生物界中最早发现的分子旋转电机。由于其体积大,易人工操作,因而可作为研究分子旋转电机的理想模型,得到了较为充分的研究。人们提出了各种各样的模型来解释其力矩产生过程,对认识细胞运动机制及生物能量转化机制有重要的意义。 首先,本文论述了鞭毛电机的结构组成和各部分的功能,阐述了其转速测量、生物能学以及旋转动力学。简单的介绍了Na+驱动的鞭毛电机并对目前鞭毛电机的研究进展作了分析和展望。 其次,本文基于超声波电机模型研究了鞭毛电机的运行机理。详细分析了鞭毛电机的力矩产生机制,即H+的跨膜运动带动定子在超声波频域内的振动,通过定子和转子之间的摩擦作用和弹性形变产生转矩,将振动能转化为机械能。利用工程振动学,对鞭毛电机定子的振动特性作了详细的分析,计算出离子通道的振动频率,并对振子的振动方程作了解析。通过对宏观的超声波电机的研究,仿真得出了鞭毛电机转速—转矩关系曲线,并基于仿真结果利用旋转动力学对输入功率、输出功率进行计算,得出了机械效率,结果表明鞭毛电机是一种效率较高的微电机。 最后,本文还基于定子—转子之间的静电作用模型,利用电磁场和细胞运动学的知识研究了鞭毛电机的方向转换机制,并详细分析了鞭毛电机的力矩产生机理,得出了鞭毛电机的转速—转矩关系的数学模型,并对其进行仿真得到了机械特性曲线,仿真结果与目前实验测得的数据相吻合。

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