中国科大在细菌鞭毛马达动力学研究中取得重要进展 [2017-12-07]

    我校物理学院及合肥微尺度物质科学国家实验室的袁军华、张榕京课题组，在细菌运动行为研究领域取得新进展，发展新实验手段，精确测量并澄清了细菌鞭毛马达动力学的一个重要特征¾马达力矩产生单元的占空比(Duty ratio)的高低。近日，该研究成果发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上。

    细菌鞭毛马达是驱动带鞭毛细菌（如大肠杆菌）游动的纳米尺度转动马达，是生物中的纳米机电系统。其内可以有多个力矩产生单元（定子），定子作用于马达的转动部分（转子）而产生力矩。定子的占空比，也即定子在一个力化学循环中与转子作用的时间比例，类似于定子作用的效率，是对马达力矩产生动力学的一个关键刻画。而这个占空比需要从马达在零负载下的极限速度与定子数目的关系中测量得到。

图1. 激光暗场+光镊+明场光路设计简图（上）；光路局部实物图（左下）；测量结果表明马达定子占空比是1（右下）。

    近20年来有不少实验试图测量马达的占空比，并引发了多个关于马达动力学的理论模型的提出。但由于技术限制，过去无法对马达零负载下的定子数目做精确测量，从而对占空比的值一直以来存在实验和理论上的争议。该团队发展了激光暗场、光镊、明场相结合的手段，设计实验实现对马达零负载下定子数目的精确测量，发现马达零负载下的极限速度与其内定子数目无关，从而确定地证明马达定子的占空比很高（接近1）。

    该工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中国科大创新团队培育基金的支持。

　　附论文连接：

http://www.pnas.org/content/114/47/12478.abstract