活力物質非平衡有序結構理論研究

《活力物質非平衡有序結構理論研究》是依託蘇州大學，由施夏清擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：活力物質非平衡有序結構理論研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：施夏清
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

我們所處的環境呈現出高度有序的非平衡態的複雜結構。這些結構的出現有賴於能量的持續輸入，否則一切將歸於平衡。本項目關注於一大類非平衡系統-活力物質。活力物質可被看作一個驅動系統。特別之處在於，驅動力獨立作用於每個粒子，方向決定於粒子的本體坐標，所以在自發對稱破缺發生之前這樣的驅動並不破壞系統的對稱性。典型的系統包括細胞骨架，驅動的桿狀顆粒系統等等。活力物質處於物理學和生命科學的交叉研究領域，近年來得到了理論物理工作者的重視。.本項目旨在研究活力物質系統普遍的自組織規律。1.揭示和理解細胞骨架中聚合反應和分子馬達驅動的向列相有序化和形態發生；2.系統地研究二維驅動桿系統的相轉變性質和巨漲落行為；3.通過自驅動系統和活力向列相模型系統的模擬和理論研究，解決目前存在爭論的幾個問題，例如：自驅動極性系統的相變特性- - 有序無序轉變是否連續，以及活性向列相巨漲落的本質- - 噪聲驅動還是確定性行為。

結題摘要

《活力物質的非平衡有序結構理論研究》從2011年開始受到國家自然科學基金委理論物理專項基金項目科學部主任基金支持以來，順利按照原計畫書安排，在關於活力生命物質系統的理論和模擬研究中取得了良好的進展，較為圓滿的完成了原計畫書的各項理論和模擬方面的突破，取得了重要的研究進展。 我們的研究給出了活力向列相的相變行為和動力學失穩機制。我們發現描述活力物質向列相態的一個確定性方程具有一個新的混沌相。在該相中，系統唯一可能的穩態解，即空間均勻相會發生失穩。同時由於長波失穩，大尺度空間不均勻性得以形成並且發生永不停息的演化。向列相有序區域可以從周圍無序介質中吸收粒子，生長，分裂，進而又消散於無序相中，這種行為向我們顯示體系中極為豐富的動力學效應，同時我們的研究揭示了系統中大尺度漲落的動力學失穩起源。在關於顆粒桿狀體系中拓撲結構的動力學的研究中，我們通過模擬和理論的研究不僅揭示了拓撲結構的動力學存在強烈的不可逆動力學效應，同時拓撲缺陷在活力物質體系集體演化中起到了決定性作用。這一發現對於認識活力物質體系的巨觀非平衡動力學有重要的作用。同時，我們的研究顯示可以通過實時跟蹤和控制拓撲缺陷來調控系統的集體動力學，這對於進一步的實驗驗證和套用具有較為重要的指導意義。此外，我們對生物膜體系和活性大分子的相互作用進行了仔細的研究, 揭示了樹狀載藥分子穿膜過程的重要影響因素。