📦 鞭毛电机的运行机理和特性研究 - 免费下载

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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