中國科大在細菌鞭毛馬達動力學研究中取得進展

中國科學技術(shù)大學物理學院及合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心袁軍華、張榕京課題組，在細菌運動行為研究領(lǐng)域取得新進展，通過發(fā)展新實驗手段，精確測量并澄清了細菌鞭毛馬達動力學的一個重要特征¾馬達力矩產(chǎn)生單元的占空比(Duty ratio)的高低。近日，該研究成果發(fā)表在《美國科學院院刊》上。 HxCq6Y_m<  
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　　細菌鞭毛馬達是驅(qū)動帶鞭毛細菌（如大腸桿菌）游動的納米尺度轉(zhuǎn)動馬達，是生物中的納米機電系統(tǒng)。其內(nèi)可以有多個力矩產(chǎn)生單元（定子），定子作用于馬達的轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）而產(chǎn)生力矩。定子的占空比，即定子在一個力化學循環(huán)中與轉(zhuǎn)子作用的時間比例，類似于定子作用的效率，是對馬達力矩產(chǎn)生動力學的關(guān)鍵刻畫。這個占空比需要從馬達在零負載下的極限速度與定子數(shù)目的關(guān)系中測量得到。 9c9FC  
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　　近20年來，有不少實驗試圖測量馬達的占空比，并引發(fā)多個關(guān)于馬達動力學的理論模型的提出。但由于技術(shù)限制，過去無法對馬達零負載下的定子數(shù)目做精確測量，從而對占空比的值一直存在實驗和理論上的爭議。袁軍華、張榕京課題組發(fā)展了激光暗場、光鑷、明場相結(jié)合的手段，設(shè)計實驗實現(xiàn)對馬達零負載下定子數(shù)目的精確測量，發(fā)現(xiàn)馬達零負載下的極限速度與其內(nèi)定子數(shù)目無關(guān)，從而確定地證明馬達定子的占空比很高（接近1）。 _yk} [x0>  
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　　研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、青年千人計劃和中國科大創(chuàng)新團隊培育基金的支持。 8fA9yQ8  
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　　 論文連接：http://www.pnas.org/content/114/47/12478.abstract