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北大核心 CSTPCD CSCD CA SCI SCIE CBST SA
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摘要:现代生物技术已经能够通过让钠离子通道的基因突变来改变其弛豫时间常数。本文采用Luo-Rudy相I模型研究了如何调控钠通道门的弛豫时间常数来控制心脏中的螺旋波和时空混沌。我们提出这样的控制策略:通过让钠电流触发门的弛豫时间常数增大ρ倍,同时让其快失活门始终不关闭,来降低钠电流激活和失活的速率。数值模拟结果表明:逐渐增加ρ将导致钠电流的触发门变量更慢,达到最大值,并且其振幅也逐渐减少,从而使心肌细胞动作电位的幅度和持续时间都逐渐减少。在ρ足够大的情况下,螺旋波和时空混沌不能在介质中传播,但是低频平面波可以在介质中传播,原因是介质激发性和波传播速度大幅度降低了。因此在适当选取控制时间和ρ足够大的情况下,可以有效消除心脏中的螺旋波和时空混沌。螺旋波和时空混沌主要通过传导障碍消失,也观察到螺旋波转变为靶波、螺旋波波头回缩、时空混沌转变为螺旋波消失的现象。当相关参数适当选择时,还观察到螺旋波转变为自维持靶波现象,相应的靶波源是旋转方向相反的螺旋波对。这些结果为心脏病的基因治疗提供了有用信息。
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:通过让心肌细胞钠离子通道的触发门变量延迟打开,使介质具有激发延迟能力,介质延迟激发时间随控制电压和刺激频率增加而增加,当控制电压超过一个阈值时,延迟激发介质具有低通滤波作用:低频波可以连续通过,而高频波不能连续通过。本文用Luo-Rudy相I模型研究了介质延迟激发对螺旋波和时空混沌的影响,数值模拟结果表明:当控制电压超过阈值时,介质的延迟激发可有效消除螺旋波和时空混沌;从小逐渐增大控制电压,在钙最大电导率较小情况下,延迟激发会导致介质激发性降低,使螺旋波漫游幅度增大,直至传导障碍导致螺旋波消失;当钙最大电导率较大时,延迟激发会导致螺旋波失稳变弱,这样当控制电压增加到一定值时,时空混沌可以演化成漫游螺旋波,当控制参数被适当选取时,观察到漫游幅度大的螺旋波漫游出系统边界消失现象,继续增大控制电压将导致时空混沌直接消失。
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北大核心 CSTPCD CSCD CA SCI SCIE CBST SA
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摘要:本文采用B?r-Eiswirth模型研究了两层可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质采用抑制和兴奋性非对称耦合。数值模拟结果表明:兴奋性非对称耦合可以促进两个不同频率的螺旋波锁频,即使初始频率相差大,两螺旋波也能实现锁频,这种耦合使两个螺旋波具有最强的锁频能力;当两层介质采用抑制性非对称耦合时,只有当两个初始螺旋波的频率差比较小才能实现锁频,而且比一般扩散耦合的锁频范围窄,两螺旋波锁频能力达到最低水平;当耦合强度和控制参数适当选取时,抑制性和兴奋性非对称耦合既可以使其中一层介质维持螺旋波态,使另一层介质中的螺旋波演化到静息态或低频靶波态,也可以使两层介质中的螺旋波都漫游,或都转变成靶波,最后这两个靶波要么消失,要么转变成平面波状的振荡斑图,而且两层介质振荡是反相的,此外在模拟中还观察到两螺旋波局部间歇锁频现象,这些结果有助于人们理解在心脏系统中出现的复杂现象。
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北大核心 CSTPCD CSCD CA SCI SCIE CBST SA
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摘要:采用B?r-Eiswirth模型研究了两层耦合可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质通过网络连接,即在每一层介质上,每一列选一个可激发单元作为中心点,在一层介质上同一列的可激发单元只与另一层介质上对应的中心点及其8个邻居有耦合。数值模拟结果表明:通过这种局部耦合,在适当小的耦合强度下两耦合螺旋波可实现同步,增大耦合强度会导致螺旋波漫游和漂移,造成螺旋波不同步,观察到螺旋波与静息态、低频平面波和不规则斑图共存现象。在适当强的耦合强度下,还观察到两螺旋波转变成同步的平面波消失现象。对产生这些现象的物理机理做了讨论。
[硕士论文] 黎维新
理论物理 广西师范大学 2016(学位年度)
摘要:生物膜界面水的性质对于生物膜的功能实现有其重要作用,磷脂膜的双分子层结构的自组装、水分子的渗透作用、药物分子的输运以及与细胞膜间的融合相联系的水合力等,都强烈地依赖其周围水溶液的性质。反过来,生物膜的存在会对膜界面水分子的组织形式和动态性质有着重要的影响,所以深入地理解生物膜界面水与磷脂膜的相互作用有助于我们更好地理解生物膜系统的结构和功能。随着计算机技术和分子动力学模拟技术的发展,人们已经发展了一系列的力场对磷脂双层膜进行计算机模拟,生物膜的分子动力学模拟促进了人们对生物膜的结构和功能特性的理解。但是目前提出的力场很少考虑膜与水分子的作用,所以这些力场对膜界面水分子的性质描述是否合理值得去探究。本文首先采用分子动力学模拟方法研究了不同力场下磷脂双层膜界面水分子行为的差异,然后利用我们认为更适合描述膜与界面水分子性质的力场,去研究存在不同阳离子的情况下阳离子对磷脂双层膜界面水分子的偶极取向的影响,本文内容安排如下:
  第一章主要是介绍生物膜的基础知识和生物膜界面水分子的相关研究背景及研究成果。
  第二章主要是介绍一些与分子动力学有关的重要基础理论知识和我们所使用的分子动力学模拟软件。
  第三章是对我们第一个研究成果的介绍,本章采用不同力场研究了磷脂双层膜界面水分子的性质,主要用分子动力学方法对DPPC分子的亲水端的8个氧原子形成的氢键能量进行了统计分析。分子动力学模拟结果表明:所用的力场都能很好描述磷脂双层膜的结构性质,与实验结果一致,然而在不同的力场下,磷脂双层膜界面处的水分子行为存在很大的差异。我们有以下几个发现:对于联合原子力场,在同一基团中双键氧的氢键能量要高于单键氧的氢键能量,对于全原子力场下只有磷酸基团的氧原子有类似结果,至于C=O1和C=O2基团,双键氧的氢键能量要低于单键氧的氢键能量,因为氢、氧之间作用出现了排斥力;相比C=O2、C=O1这两个基团,磷酸盐基团氧原子的氢键能量概率分布更广;在各种力场下,磷酸基团中O33和O34的氢键能量分布基本重合,展示了DPPC分子中磷酸基团上O33、O34氧原子结构的对称性;各个基团的氢键总能量概率分布曲线一般有多个峰,而且峰的个数与基团的氢键数量存在对应关系;通过分析不同力场下DPPC分子的各基团与水分子间的氢键能量概率分布和氢键数量,发现Berger和Slipid力场的模拟结果更接近实验结果。我们的结果有助于更细致的理解磷脂双层膜界面水的行为,同时为在相关生物膜的分子模拟中选择合适力场提供参考。
  第四章是对我们第二个研究成果的介绍,本章利用分子动力学方法研究了不同阳离子对磷脂双层膜的不同基团附近水分子的平均偶极取向的影响,我们发现阳离子对胆碱基团附近水分子的径向分布无明显的影响,对磷酸基团附近水分子的径向分布有较大影响,产生这种影响的原因是阳离子进入膜内部并在磷酸基团附近聚集的缘故;由于进入膜内的阳离子对水分子的氧原子有吸引作用,阳离子的存在会使膜界面局域结构内水分子的平均偶极取向有朝向体相水一侧的趋势;不同阳离子对膜界面附近水分子的偶极取向和水分子的驻留时间以及磷脂分子的平均面积的影响大小与阳离子的霍夫梅斯特逆序列一致,其原因是阳离子在磷脂双层膜内聚集程度也与阳离子的霍夫梅斯特逆序列一致;阳离子进入膜内部还导致磷脂分子脱水,进而引起磷脂膜界面氢键网络的重调整,改变膜界面附近水分子的偶极取向。
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