球形拓扑中复杂形状生物膜泡的获得及其稳定性分析

通过在Surface Evolver软件中建立一些与目标形状相似的初始形状，经长时间演化后，得到了实验上已经观察到的具有D_2h和D_3h对称性的海星形生物膜泡.通过跟踪不同形状膜泡的Hessian矩阵的本征值，确定了双凹圆盘与海星形及哑铃形之间的相变是不连续的，其间所经历的三角扁盘及椭圆扁盘形中间相在SC模型中通常是不稳定的. 关键词： SC模型 生物膜泡 Surface Evolver     

单开口膜泡形状转变的研究

基于双层耦合模型,先通过求解无黏附能情况下满足给定边界条件的欧拉-拉格朗日方程组,找到了约化面积差?a稍大于1的内凹开口形状解,并发现以往Umeda和Suezaki(2005 Phys.Rev.E 71 011913)给出的杯形解是对应?a1的另一支解,该支解在?a趋于1时开口是外凸的.进而在无黏附能和有黏附能的情况下对开口膜泡的两支解进行了深入研究,发现在?a=1附近这两支解之间有一个间隙,在该间隙内不存在开口解.随着黏附半径的增大,该间隙的位置较缓慢地向右移动.在?a=1附近,在无黏附能时的闭合形状只有球形一个解,而在有黏附能的情况下,闭合形状在1附近的一个区间内都有解.在无黏附及有黏附情况下的计算结果都表明这两支开口解及闭合形状属于不同的分支,它们之间不能连续演化.在间隙右侧的这一支解随着?a的增大可以通过自交形状连续地演化到开口哑铃形.在有黏附的情况下,在?a参数空间,同一支解会发生折叠,即出现同一?a值对应多个解(形状)的情况,这在以往双层耦合模型的计算中没有出现过.讨论了?a对无黏附和有黏附开口膜泡的形状和能量的影响.     

生物膜的液晶理论

 当代生物学的研究表明:没有液晶就没有生命。细胞膜就是液晶态,神经冲动的传导,脂肪的消化等生命现象都与液晶有关。这就使得物理学上广为应用的液晶,同细胞生物学家所研究的生物膜,发生了千丝万缕的联系。     

高亏格膜泡形状的数值计算

通过对Willmore区域外,特别是中等及较小约化体积下的形状及其演化进行深入细致的研究,发现在这一区域的形状要远比原有的猜测丰富,亏格g=2的膜泡会展现出比已有结果更多迷人的形状并出现新的膜泡相变分支.同时,数值计算的结果更加期待实验验证,从而为曲率模型的正确性提供有力支持.     

双凹盘形解开口膜泡形状的解析法研究

随着开口膜泡在实验上的发现,对开口泡形状的数值及解析研究逐渐成为该领域的一个热点.讨论了如何由欧阳双凹盘形闭合解构造开口泡的解析解的问题.首先将开口泡要满足的三个不独立的边界条件简化为两个独立的边界条件,给出高斯测地曲率kg=-2,边界条件2可满足,然后由边界条件1得到确定膜泡边界的几何方程.进而讨论了由欧阳双凹盘解可构造的开口泡的各种可能形状,得到了三类管型拓扑解,它们是外凸管形解、类环管形解、类悬链面管形解.     

耦合双泡声空化特性的理论研究

当双泡中心间距足够小时,由于气泡间辐射压力波的存在,作用在气泡上的压力不等于外部驱动压力.通过考虑双泡之间的辐射压力波,利用改进的Keller-Miksis方程,分别计算了不同大小、不同间距、含不同惰性气体的双泡在声空化过程中半径的变化、次Bjerknes力的变化和双泡内温度的变化.计算结果表明,当双泡大小不同时,小气泡受到的抑制作用较强,温度变化也比较大.随着双泡间距离从100μm增大到1 cm时,气泡间的次Bjerknes力的数量级从10~(-4)N减小到10~(-8)N.含不同惰性气体的耦合双泡在回弹阶段表现出明显不同的振荡规律.     

透平叶栅三维形状反问题研究

随着CFD技术的发展,基于伴随方法的求解Euler和NS方程的气动优化设计已成为流体力学形状反问题研究中的热门领域.本文应用该方法对透平叶栅进行三维气动优化设计,详细推导了Euler方程伴随系统的偏微分方程组及其各类边界条件,首次给出了透平内流伴随方程边界条件的具体形式,并给出伴随变量的物理意义.结合拟牛顿算法发展了三维透平叶栅形状反问题气动优化算法,并给出了算法的流程.     

相对论平均场理论对Pt同位素形状演化的研究

利用形变约束的相对论平均场理论研究了Pt同位素偶-偶核的形状演化,比较了基态结合能和四极形变的理论计算值和实验值, 分析了这些核的位能曲线、单粒子能级及其随四极形变β₂ 的变化规律,发现从N=88到N=126, Pt同位素的基态变形从球形对称核经X(5)对称性核、演化为具有稳定形变的核,再演化为球形核的变化过程.其中, ^166-172Pt是近球形核, ¹⁷⁴Pt和^192-196Pt位于球形和稳定形变之间,可能具有X(5)对称性, ^176-190Pt具有稳定的变形, ^198-202Pt是近球形核, ²⁰⁴Pt是球形核,这些结果与实验一致.     

利用近前向散射图样识别单粒子形状的理论研究

近前向光学散射图样可以用来表征颗粒物的形状.基于球形芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、类鼻疽伯克氏菌的回转长椭球模型, 采用离散偶极子近似方法, 通过模拟3个不同方位探测器接收的散射光强响应信号, 讨论了非球形生物气溶胶颗粒的形状对前向角分辨光强的影响.结合球形指数反演算法, 在一定取向条件下, 前向5°–20° 内角分辨散射光强具有识别长形颗粒物和非长形颗粒物的能力.该研究可以为颗粒物形态测量仪器设计以及快速检测有害生物气溶胶提供依据.     

膨胀球面运动时的形状问题

算出了膨胀球面运动时的形状,从而说明光的波前为什么不因为长度收缩而成为椭球面.     

晶体X射线衍射线形状的理论推导

考虑到不同深度的晶面对X射线吸收的差别,导出了X射线衍射线形状的曲线,获得了精确的衍射曲线形状的表达式,讨论了吸收对衍射峰形状的影响．最后还对理论与实验结果进行了比较．     

漂浮气泡形状的研究

用最小势能原理证明液面上漂浮的足够大气泡呈半球状.     

RMF理论对N=60同中子核素形状演化的研究

利用形变约束的相对论平均场理论系统研究了N=60同中子核素的形状演化, 给出了这些核的基态结合能、 形变、 单粒子能级以及形变激发的位能曲线。 通过比较和分析发现, 随着质子数的增加, N=60同中子核的基态形变向轴对称形变方向演化, 114Xe和116Ba位于球形U（5）和轴对称SU（3）的过渡区, 存在形状相变的临界点结构, 这些结果与实验观测一致。 The shape phase transition between spherical U（5）and axially SU（3）deformed nuclei is investigated systemically for N=60 isotonic chain by the constrained relativistic mean|field theory with the interactions NL3 and PK1. The values of bind energy and quadruple deformation β2 are calculated and a good agreement is obtained as compared with the experiments. By examining the potential energy curve and single particle spectra obtained with this microscopic approach, the possible critical point nuclei with the structure of shape phase transition are suggested to be 114Xe and 116Ba, which is favored by the experiments.     

丝氨酸异构体的电子-分子形状共振态及其解离动力学理论研究

Shape resonances of electron-molecule system formed in the low-energy electron attachment to four low-lying conformers of serine (serine 1, serine 2, serine 3, and serine 4) in gas phase are investigated using the quantum scattering method with the non-empirical model potentials in single-center expansion. In the attachment energy range of 0-10 eV, three shape resonances for serine 1, serine 2, and serine 4 and four shape resonances for serine 3 are predicted. The one-dimensional potential energy curves of the temporary negative ions of electron-serine are calculated to explore the correlations between the shape resonance and the bond cleavage. The bond-cleavage selectivity of the different resonant states for a certain conformer is demonstrated, and the recent experimental results about the dissociative electron attachment to serine are interpreted on the basis of present calculations.     

RMF理论对N=60同中子核素形状演化的研究

利用形变约束的相对论平均场理论系统研究了N=60同中子核素的形状演化,给出了这些核的基态结合能、形变、单粒子能级以及形变激发的位能曲线。通过比较和分析发现,随着质子数的增加,N=60同中子核的基态形变向轴对称形变方向演化,^114Xe和^116Ba位于球形U（5）和轴对称SU（3）的过渡区,存在形状相变的临界点结构,这些结果与实验观测一致。     

基于自发曲率模型对几种极限形状膜泡及典型相变和分裂过程的研究

通过在Surface Evolver软件中建立一些具有多重对称性的初始形状，经逐次细分并长时间演化后，得到了几种能量很低的极限形budding 形状，其参数与理论值一致. 通过逐步调整参数并跟踪其演化途径，发现了一个不连续的相变和一个连续的可逆相变以及两种稳定的新形状，并且获得的海星形的两种分裂路径已被实验所证实.     

固态2H NMR研究生物膜及膜蛋白动态结构的某些问题

生物膜是细胞的重要组成部分,蛋白质的生物合成、酶催化机理、能量传递、物质传送、神精传导、细胞识别、细胞癌变、免疫反应、激素作用、新陈代谢、视觉和呼吸等均与生物膜的功能有关。研究生物膜的结构特别是动态结构与功能的关系,必将为这些问题的解决提供重要依据。酶蛋白与生物膜的²H NMR研究,是解决这类问题的极其有效的工具。本文根据自己及其他作者最新研究结果,对膜蛋白特别是紫膜蛋白以及生物膜的固态²H NMR研究的某些问题进行了讨论。这些问题是1.膜蛋白动态结构研究方法的选择;2.固态²H NMR研究膜蛋白动态结构;3.膜蛋白的微观动态结构模型;4.生物膜动态结构的近代微观动态流动锒嵌模型。     

利用近似理论计算原子分子形状因子的平方

实现了基于近似理论数值计算原子基态形状因子平方的方法,并以氢原子为例,检验了Hatree-Fock近似方法与密度泛函近似方法的优劣,对比了不同基组的精确性.这种数值计算方法也适用于揭示其他波函数无法精确求解的原子和分子的电子结构.     

基于离散变分原理的耗散动力学模拟方法：模拟三维囊泡形状

将基于离散变分原理的耗散动力学模拟方法应用到三维囊泡体系,通过优化囊泡的弯曲能求解其平衡态形状. 该方法的优点之一是不需要预先假定对称性. 针对特定约化自发曲率的囊泡体系,该方法模拟获得了一系列轴对称形状,模拟结果与文献中预先假定轴对称条件的计算方法所报道的结果一致,这验证了该模拟方法的可靠性及精确性. 此外,使用该方法研究了两个差别巨大的平衡态形状之间的转变动力学,在转变过程中观察到了多个非轴对称的中间形状. 研究结果表明该方法不仅可以模拟囊泡的非轴对称结构,而且具备模拟囊泡在剧烈形变下演化过程的能力. 为研究更复杂的囊泡体系,特别是生物膜的形变提供了一个重要的理论模拟方法. 关键词： 生物膜 离散空间变分法 耗散动力学 三角网格划分     

同步泵浦染料激光脉冲形状非对称性的理论分析

本文用拉格朗日乘子法求解三阶增益展开的锁模方程,得到了同步泵浦染料激光脉冲的非对称形状,并对非对称因子μ作了定性、定量解释。