Кусково-лінійна апроксимація потенціальних рельєфів броунівських моторів

  • T. Ye. Коrochkova Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

Зроблено короткий огляд кусково-лінійної апроксимації потенціальних рельєфів реально існуючих і модельних нанопристроїв (броунівських моторів), що випрямляють хаотичний броунівський рух в системах з порушеною дзеркальною симетрією під дією зовнішнього флуктуаційного збурення за відсутності макроскопічних рушійних сил. Виведено співвідношення, що дозволяють проводити таку апроксимацію.

Посилання

1. Reimann P. Brownian Motors: Noisy Transport far from Equilibrium. Phys. Rep. 2002. 361(2–4): 57. https://doi.org/10.1016/S0370-1573(01)00081-3

2. Astumian R.D. Adiabatic theory for fluctuation-induced transport on a periodic potential. J. Phys. Chem. 1996. 100(49): 19075. https://doi.org/10.1021/jp961614m

3. Astumian R.D. Thermodynamics and kinetics of a Brownian motor. Science. 1997. 276(5314): 917. https://doi.org/10.1126/science.276.5314.917

4. Hanggi P. Organic electronics: Harvesting randomness. Nat. Mat. 2011. 10(1): 6. https://doi.org/10.1038/nmat2925

5. Squires T.M., Quake S.R. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev. Mod. Phys. 2005. 77(3): 977. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.77.977

6. Pamme N. Continuous flow separations in microfluidic devices. Lab Chip. 2007. 7(12): 1644. https://doi.org/10.1039/b712784g

7. Faucheux L.P., Libchaber A. Selection of Brownian particles. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1995. 91(18): 3163. https://doi.org/10.1039/ft9959103163

8. Gorre-Talini L., Jeanjean S., Silberzan P. Sorting of Brownian particles by pulsed application of an asymmetric potential. Phys. Rev. E. 1997. 56: 2025. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.56.2025

9. Grimm A., Stark H., Van der Maarel J.R.C. Model for a Brownian ratchet with improved characteristics for particle separation. Phys. Rev. E. 2009. 79(6): 061102. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.79.061102

10. Linke H., Humphrey T., Lofgren A., Sushkov A.O., Newbury R., Taylor R.P., Omling P. Experimental tunneling ratchets. Science. 1999. 286(5448): 2314. https://doi.org/10.1126/science.286.5448.2314

11. Kharpai V.S., Ludwig S., Kotthaus J.P., Tranitz H.P., Wegscheider W. A double-dot quantum ratchet driven by an independently biased quantum point contact. Phys. Rev. Lett. 2006. 97: 176803. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.176803

12. Roeling E.M, Germs W.Ch., Smalbrugge B., Geluk E.J., de Vries T., Janssen R.A.J., Kemerink M. Organic electronic ratchets doing work. Nat. Mater. 2011. 10: 51. https://doi.org/10.1038/nmat2922

13. Cheetham M.R., Bramble J.P., McMillan D.G.G., Bushby R.J., Olmsted P.D., Jeuken L.J.C., Evans S.D. Manipulation and sorting of membrane proteins using patterned diffusion-aided ratchets with AC fields in supported bilayers. Soft Matter. 2012. 8(20): 5459. https://doi.org/10.1039/c2sm25473e

14. Krogh A., Larsson B., von Heijne G., Sonnhammer E. Predicting transmembrane protein topology with a hidden Markov model. Application to complete genomes. J. Mol. Biol. 2001. 305: 567. https://doi.org/10.1006/jmbi.2000.4315

15. Overington J.P., Al-Lazikani B., Hopkins A.L. How many drug targets are there? Nat. Rev. Drug Discov. 2006. 5(12): 993. https://doi.org/10.1038/nrd2199

16. Bader J.S., Hammond R.W., Henck S.A., Deem M.W., McDermott G.A., Bustillo J.M., Simpson J.W., Mulhern G.T., Rothberg J.M. DNA Transport by a micromachined Brownian ratchet device. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1999. 96(23): 13165. https://doi.org/10.1073/pnas.96.23.13165

17. Vale R.D. The molecular motor toolbox for intracellular transport. Cell. 2003. 112(4): 467. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(03)00111-9

18. Finer J.T., Simmons R.M., Spudich J.A. Single myosin molecule mechanics–piconewton forces and nanometre steps. Nature. 1994. 368(6467): 113. https://doi.org/10.1038/368113a0

19. Hirokawa N. Kinesin and dynein superfamily proteins and the mechanism of organelle transport. Science. 1998. 279(5355): 519. https://doi.org/10.1126/science.279.5350.519

20. Howard J., Hudspeth A.J., Vale R.D. Movement of microtubules by single kinesin molecules. Nature. 1989. 342: 154. https://doi.org/10.1038/342154a0

21. Bath J., Green S.J. Turberfield A.J. A Free-running DNA motor powered by a nicking enzyme. Angew. Chem. Int. Ed. 2005. 44(28): 4358. https://doi.org/10.1002/anie.200501262

22. Yin P., Choi H.M.T., Calvert C.R., Pierce N.A. Programming biomolecular self-assembly pathways. Nature. 2008. 451: 318. https://doi.org/10.1038/nature06451

23. Omabegho T., Sha R., Seeman N.C. A bipedal DNA Brownian motor with coordinated legs. Science. 2009. 324(5923): 67. https://doi.org/10.1126/science.1170336

24. He Y., Liu D.R. Autonomous multistep organic synthesis in a single isothermal solution mediated by a DNA walker. Nat. Nanotechnol. 2010. 5: 778. https://doi.org/10.1038/nnano.2010.190

25. Lund K., Manzo A.J., Dabby N., Michelotti N., Johnson-Buck A., Nangreave J., Taylor S., Pei R., Stojanovic M.N., Walter N.G., Winfree E., Yan H. Molecular robots guided by prescriptive landscapes. Nature. 2010. 465(7295): 206. https://doi.org/10.1038/nature09012

26. Wickham S.F.J., Endo M., Katsuda Y., Hidaka K., Bath J., Sugiyama H., Turberfield A.J. Direct observation of stepwise movement of a synthetic molecular transporter. Nat. Nanotechnol. 2011. 6: 166. https://doi.org/10.1038/nnano.2010.284

27. Cha T.G., Pan J., Chen H., Salgado J., Li X., Mao Ch., Choi J.H. A synthetic DNA motor that transports nanoparticles along carbon nanotubes. Nat. Nanotechnol. 2013. 9(1): 39. https://doi.org/10.1038/nnano.2013.257

28. Preda C.E., Ségard B., Glorieux P. Weak temporal ratchet effect by asymmetric modulation of a laser. Opt. Lett. 2006. 31(15): 2347. https://doi.org/10.1364/OL.31.002347

29. Cousins T.R., Goldstein R.E., Jaworski J.W., Pesci A.I. A ratchet trap for Leidenfrost drops. J. Fluid Mech. 2012. 696: 215. https://doi.org/10.1017/jfm.2012.27

30. Adachi K., Takaki T. Vibration of a flattened drop. 1. Observation. J. Phys. Soc. Jpn. 1984. 53(12): 4184. https://doi.org/10.1143/JPSJ.53.4184

31. Linke H., Alem’An B.J., Melling L.D., Taormina M.J., Francis M.J., Dow-Hygelund C.C., Narayanan V., Taylor R.P., Stout A. Self-propelled Leidenfrost droplets. Phys. Rev. Lett. 2006. 96: 154502. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.154502

32. Magnasco M.O. Forsed thermal ratchets. Phys. Rev. Lett. 1993. 71(10): 1477. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.1477

33. Sokolov M. Irreversible and reversible modes of operation of deterministic ratchets. Phys. Rev. E. 2001. 63(2): 021107. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.63.021107

34. Rozenbaum V.M., Korochkova T.Ye., Chernova A.A., Dekhtyar M.L. Brownian motor with competing spatial and temporal asymmetry of potential energy. Phys. Rev. E. 2011. 83(5): 051120. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.83.051120

35. Korochkova T.Ye., Shkoda N.G., Chernova A.A., Rozenbaum V.M. Exact analytical solutions in the theory of brownian motors and pumps. Surface. 2012. 4(19): 19. [in Russian].

36. Korochkova T.E., Rozenbaum V.M., Shapochkina I.V. Sawtooth potential model in the theory of a brownian motors. Surface. 2015. 7(22): 12. [in Russian].

37. Rozenbaum V.M. Low -temperature operational regime of an adiabatic Brownian motor. Low Temperature Physics. 2014. 40(5): 604. [in Russian]. https://doi.org/10.1063/1.4876230

38. Korochkova T.E., Rosenbaum V.M., Chuyko O.O. Brownian particle drift due to orientational structuring of the adsorbate. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2004. 8: 93. [in Russian].

39. Kharchenko V.O., Goychuk I. Subdiffusive rocking ratchets in viscoelastic media: Transport optimization and thermodynamic efficiency in overdamped regime. Phys. Rev. E. 2013. 87(5): 052119. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.87.052119

40. Son W.-S., Ryu J.-W., Hwang D.-U., Lee S.-Y., Park Y.-J., Kim C.M. Transport control in a deterministic ratchet system. Phys. Rev. E. 2008. 77(6): 066213. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.77.066213

41. Rozenbaum V.M., Makhnovskii Yu.A., Shapochkina I.V., Sheu S.-Y., Yang D.-Y., Lin S.H. Inertial effects in adiabatically driven flashing ratchets. Phys. Rev. E. 2014. 89(1): 052131. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.052131

Опубліковано
2017-10-08
Як цитувати
КоrochkovaT. Y. (2017). Кусково-лінійна апроксимація потенціальних рельєфів броунівських моторів. Поверхня, (9(24), 3-13. https://doi.org/10.15407/Surface.2017.09.003
Розділ
Теорія хімічної будови і реакційної здатності поверхні.