Фізичні моделі виникнення направленого руху наночастинок у низькорозмірних системах - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ХІМІЇ ПОВЕРХНІАвтореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Роботу виконано в Інституті хімії поверхні Національної академії наук України. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук Розенбаум Віктор Михайлович, Інститут хімії поверхні НАН України, провідний науковий співробітник. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук Браун Олег Михайлович, Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник; Захист відбудеться “13” червня 2006 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.210.01 в Інституті хімії поверхні НАН України за адресою: 03164, Київ-164, вул.Сучасний рівень розвитку нанотехнології дозволяє ефективно вивчати й розробляти способи перетворення різних видів енергії в механічну енергію направленого руху наночастинок поблизу поверхні. Кількісно описати роботу лінійних білкових моторів, таких, як кінезин і дінеїн, можна за допомогою теорії броунівських моторів. Тому одним із основних напрямів даної роботи є теоретичний розрахунок ефективностей різних моделей броунівських моторів, виявлення факторів, що впливають на їхню ефективність, зокрема пошук оптимальних режимів роботи моторів, а також побудова моделі, що забезпечує високу ефективність перетворення енергії. Дисертаційну роботу виконано згідно з планами науково-дослідних робіт Інституту хімії поверхні НАН України за темою “Закономірності адсорбційної взаємодії та хімічних перетворень на поверхні дисперсних оксидів у суспензіях біоактивних молекул, полімерів, клітин і мікроорганізмів”, затвердженою рішенням Бюро відділення хімії НАН України від 24 лютого 2003 року, протокол № 2 (номер Держрегістрації 0103U006286). · Побудова моделі броунівського мотора, яка б характеризувалася високою ефективністю перетворення різних видів енергії в механічну енергію приповерхневого направленого руху наночастинок і могла б бути застосована до розрахунків процесів переносу частинок, що відбуваються на границі фаз у біологічних системах.У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано звязок вибраного напряму з планами Інституту хімії поверхні, сформульовано мету та завдання роботи, продемонстровано наукову новизну одержаних результатів і їхнє практичне значення.У першому розділі наведено короткий історичний огляд основних етапів накопичення знань про молекулярні мотори і формування теорії, що пояснює їхню природу та властивості. Розглянуто ряд моделей різної складності, які використовуються для опису функціонування актино-міозинового комплексу, руху індивідуальних білкових моторів (позамязового міозина, кінезина, дінеїна) уздовж волокон цитоскелету клітини, проходження іонів і нейтральних частинок крізь мембранні канали.Динаміка руху броунівської частинки в деякому потенціалі визначається функцією розподілу, яка задовольняє рівнянню Смолуховського. На початку другого розділу подано виведення рівняння Смолуховського та детально розглянуто випадок стаціонарного стану системи, яка знаходиться в полі дії періодичного (зокрема, пилкоподібного) потенціалу та прикладеної зовнішньої сили. Далі послідовно введено кінетичний опис для моделей молекулярних моторів із флуктуюючими періодичними двоямними потенціалами, який є справедливим у випадку, коли барєри потенціалів набагато більші за теплову енергію ( - постійна Больцмана, - абсолютна температура), а частота перемикання потенціалів набагато менша за зворотній час внутрішньоямної релаксації. Такий кінетичний опис, за допомогою якого зручно оцінювати потік частинок і ефективність мотора, є еквівалентним опису властивостей електроконформаційної моделі, яка використовується для розрахунків потоків частинок крізь біологічні мембрани під дією прикладеного змінного електричного поля. Для будь-якого пристрою, що перетворює енергію з однієї форми в іншу, можна виділити два процеси, один із яких постачає енергію до пристрою, а інший виводить енергію з нього.У третьому розділі розглянуто модель молекулярного мотора з мерехтливим потенціалом, у якій направлений рух виникає внаслідок увімкнення й вимкнення періодичного асиметричного потенціалу. Просте перемикання між станами, в яких потенціал є і потенціалу немає, здійснюється у випадку, коли броунівська частинка може набувати та втрачати електричний заряд внаслідок повторюваних хімічних реакцій. Дійсно, основний стан двовимірних дипольних систем відповідає сегнетоелектричним або антисегнетоелектричним структурам (залежно від типу двовимірної гратки адсорбата), які складаються з ланцюжків із колінеарними орієнтаціями дипольних моментів уздовж осі ланцюжка x. Потенціал одновимірного ланцюжка диполів, які розташовані в точках x=NL (де n - ціле, L - просторовий період ланцюжка) на деякій відстані від ланцюжка в точці (x, z) можна подати як швидкозбіжний ряд по функціях Макдональда : .

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ