大腸桿菌鞭毛馬達(dá)力學(xué)輸出性質(zhì)的研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、雖然細(xì)菌是最古老的生命體之一,但是它與我們的生活是息息相關(guān)的,從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)觀點(diǎn)來看細(xì)菌的致病性仍是我們?nèi)粘I钪挟a(chǎn)生疾病的重要來源之一。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展,抗生素的問世解決了大部分由于細(xì)菌引起的疾病,但是仍發(fā)現(xiàn)有些超級(jí)細(xì)菌頑固地存在于含有抗生素的環(huán)境中,這又給我們帶來了新的難題。雖然現(xiàn)在對(duì)于細(xì)菌致病的過程有了一定程度上的研究,但是關(guān)于細(xì)菌具體的致病機(jī)制仍然是亟需解決的問題。如果能夠闡述清楚細(xì)菌的致病機(jī)制,我們可以從本源上理解細(xì)菌的致病過程

2、,這樣就可以開發(fā)新的藥物或者新的治療過程。由于細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)行為與致病性是緊密聯(lián)系在一起的,這又讓我們重新回到了最原始的問題一細(xì)菌運(yùn)動(dòng)行為的機(jī)制究竟是如何?上個(gè)世紀(jì)越來越多的生物學(xué)家、物理學(xué)家嘗試通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論建模來研究這個(gè)問題,取得一系列重要的進(jìn)展。本文研究也隸屬研究細(xì)菌運(yùn)動(dòng)行為的行列之中,將從四個(gè)部分進(jìn)行介紹。
  第一章緒論部分將對(duì)近幾十年關(guān)于大腸桿菌的系列研究進(jìn)行介紹。具體介紹了大腸桿菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu),個(gè)體的游動(dòng),趨化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)

3、驗(yàn)研究和模型研究,鞭毛勾的柔韌性,鞭毛馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源、馬達(dá)的步進(jìn)行為、馬達(dá)部件MotB的動(dòng)態(tài)交換方式、馬達(dá)的力矩-速度曲線,馬達(dá)上定子的力學(xué)敏感性及其可能來源,本文的研究?jī)?nèi)容等等。
  第二章我們研究了馬達(dá)占空比的問題。近二十年來,關(guān)于馬達(dá)占空比的問題一直在實(shí)驗(yàn)上和理論上爭(zhēng)論不斷,一直沒有直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明這個(gè)問題。我們發(fā)展光鑷、激光暗場(chǎng)與明場(chǎng)成像結(jié)合技術(shù),基于“bead addition”觀念,從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證在零負(fù)載下鞭毛馬達(dá)

4、轉(zhuǎn)動(dòng)速度與其上綁定的定子個(gè)數(shù)無關(guān),進(jìn)而證明馬達(dá)的占空比為1。對(duì)于馬達(dá)占空比的測(cè)量,可以排除現(xiàn)在理論上關(guān)于馬達(dá)的一些假定,讓馬達(dá)模型的物理圖像越來越明晰。而且我們提供了一種精確測(cè)量在零負(fù)載下鞭毛馬達(dá)上綁定定子個(gè)數(shù)的方法,這種方法解決了一直無法精確測(cè)定當(dāng)較少數(shù)目的定子綁定在馬達(dá)上時(shí)的定子數(shù)目問題。在光學(xué)技術(shù)發(fā)展方面,我們實(shí)現(xiàn)了高時(shí)間分辨率下的納米金球的可視化并且同時(shí)可以運(yùn)用光鑷技術(shù),為以后研究光與納米金球相互作用提供了一種實(shí)驗(yàn)上的可能性。<

5、br>  第三章我們主要研究“馬達(dá)的質(zhì)子輸運(yùn)與馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)是緊耦合還是松耦合”的問題。大腸桿菌鞭毛馬達(dá)在高負(fù)載的情況下被認(rèn)為力矩輸出的效率達(dá)到最大,但是關(guān)于馬達(dá)在高負(fù)載下轉(zhuǎn)動(dòng)一周需要消耗的質(zhì)子數(shù)仍然沒有很準(zhǔn)確的數(shù)值,因?yàn)槟壳安荒芫_測(cè)量出馬達(dá)在高負(fù)載下的力矩。但是根據(jù)力矩-速度曲線的走勢(shì),可以近似認(rèn)為馬達(dá)在高負(fù)載下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的輸出力矩與馬達(dá)在被拉停時(shí)的輸出力矩(也就是靜止力矩)相等,所以第三章主要的目的是講述如何精確測(cè)定鞭毛馬達(dá)的靜止力矩。其

6、中前一部分主要講述幾種鞭毛馬達(dá)靜止力矩的測(cè)定方法、單一用磁鑷來測(cè)定鞭毛馬達(dá)的靜止力矩以及關(guān)于這種方法測(cè)定過程中可能引入的不準(zhǔn)確性,后一部分我們主要講述如何消除這種不準(zhǔn)確性的方案,比如在磁鑷測(cè)量的基礎(chǔ)上引入光鑷或其它技術(shù)等等。嘗試用磁鑷去測(cè)量鞭毛馬達(dá)的靜止力矩,從實(shí)驗(yàn)上去證明馬達(dá)的質(zhì)子輸運(yùn)與馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)究竟是是緊耦合還是松耦合。
  第四章我們主要對(duì)以上的工作進(jìn)行小結(jié)和結(jié)合這幾年自己的工作與前人的工作對(duì)接下來的工作進(jìn)行展望。第一項(xiàng)工作

7、主要測(cè)定了大腸桿菌馬達(dá)的占空比為1,解決了先前的爭(zhēng)端,明晰了馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的物理圖像。第二項(xiàng)工作主要介紹了一種實(shí)驗(yàn)上可能精確地測(cè)定大腸桿菌靜止力矩的方法,以及現(xiàn)在遇見的一些問題,和針對(duì)解決這些問題未來實(shí)驗(yàn)上的改進(jìn)。最后結(jié)合以上的工作和先前的工作,可以用我們新發(fā)展光鑷、激光暗場(chǎng)與明場(chǎng)成像結(jié)合技術(shù)對(duì)之前大腸桿菌運(yùn)動(dòng)行為并不太精確的測(cè)量進(jìn)行重新測(cè)量,比如說在不同定子數(shù)目的力矩-速度曲線等等;同時(shí)如果我們可以把磁鑷用于大腸桿菌的測(cè)量中,這樣就可以運(yùn)用

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