Stochastic theory of barrier-crossing processes under large thermal fluctuations

大热波动下越障过程的随机理论

基本信息

  • 批准号:
    1778174
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2016 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Formation of bonds in thermally agitated environments is ubiquitous in biological, solid state, and nuclear physics with many engineering applications. Particles or molecular associations form binary complexes when there is an energy gain upon forming a bond. Examples include nanoparticle absorption to membranes, protein-ligand bindings, and atomic force microscopy (AFM) studies of the cellular membrane. The energy gain upon forming the bond, i.e. the binding energy Q, also determines the bond's stability in an environment with thermal fluctuations. When the binding energy is small compared to thermal fluctuations that have energies of the order kBT, i.e. when Q= kBT ~ 1, the bond is unstable and can break on a short time scale. Conversely, for large binding energies, Q >> kBT, the bond is stable, and the dissociation time is very long. Current theories are successful in the latter case of large binding energy, but fail completely in the opposite limit of low energy/large thermal fluctuations. The goal of this PhD is to fill this gap in our understanding of thermally-activated dissociation processes. Stochastic methods will be employed and combined creatively with Zwanzig-Caldeira-Leggett system-bath Hamiltonian methods to properly describe the role of friction. The theory will be applied to selected important problems such as biomolecular receptor-ligand binding, biological filament dissociation, and alike.
在热搅动环境中形成键在生物、固态和核物理中是普遍存在的,具有许多工程应用。当形成键时有能量增益时,粒子或分子缔合物形成二元复合物。例子包括纳米颗粒吸收到膜,蛋白质-配体结合,和原子力显微镜(AFM)研究的细胞膜。在形成键时的能量增益,即结合能Q,也决定了键在具有热波动的环境中的稳定性。当结合能与具有kBT量级能量的热涨落相比很小时,即当Q= kBT ~ 1时,键是不稳定的,并且可以在短时间尺度上断裂。相反,对于大的结合能,Q >> kBT,键是稳定的,并且解离时间非常长。目前的理论在后一种情况下是成功的大结合能,但完全失败的相反限制的低能量/大的热波动。这个博士学位的目标是填补我们对热活化解离过程的理解中的这一空白。随机方法将被采用,并创造性地与Zwanzig-Caldeira-Leggett系统浴哈密顿方法相结合,以适当地描述摩擦的作用。该理论将应用于选定的重要问题,例如生物分子受体-配体结合、生物丝解离等。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Diffusion, sub-diffusion, and escape: A study of over-damped Brownian motion
扩散、亚扩散和逃逸:过阻尼布朗运动的研究
  • DOI:
    10.17863/cam.83458
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gray T
  • 通讯作者:
    Gray T
Dissociation rates from single-molecule pulling experiments under large thermal fluctuations or large applied force
大热波动或大外力下单分子拉伸实验的解离率
  • DOI:
    10.17863/cam.11161
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Abkenar M
  • 通讯作者:
    Abkenar M
Overdamped Brownian dynamics in piecewise-defined energy landscapes.
  • DOI:
    10.1103/physreve.101.052123
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Thomas H Gray;Ee Hou Yong
  • 通讯作者:
    Thomas H Gray;Ee Hou Yong
An effective one-dimensional approach to calculating mean first passage time in multi-dimensional potentials.
计算多维电位中平均首次通过时间的有效一维方法。
Reply to 'Comment on "Temperature dependence of nuclear fission time in heavy-ion fusion-fission reactions" '
回复‘对“重离子聚变裂变反应中核裂变时间的温度依赖性”的评论’
  • DOI:
    10.1103/physrevc.98.029802
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Eccles C
  • 通讯作者:
    Eccles C
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知道了