到目前为止,有关于生物分子马达输运性能的研究已经引起了业内人士的广泛兴趣。首先,生物分子马达是一类大小尺度通常都在纳米量级的酶蛋白大分子,并且广泛存在于细胞内部。其次,生物分子马达具有将生物体内部的化学能转化为机械能的能力,并利用细胞内的自由能完成各种输运。例如,细胞内的F-actin马达、肌球蛋白马达、交联蛋白等它们能够产生机械运动,而动力蛋白和驱动蛋白还能拖动囊泡进行步进并完成细胞内的货物运输。生物分子马达的这种定向输运特性对于细胞内部的物质输运起着非常重要的作用。而人们通常用处于热浴环境中布朗粒子的运动来模拟分子马达的运动,进而来研究与分析分子马达的定向运动特性。为此,人们曾提出各种形式的棘轮模型来研究粒子的定向输运。迄今为止,大多数的实验已表明细胞内分子马达在拖动负载进行集体定向步进时其做功的能量转换效率都普遍较高,但是在棘轮模型中通过计算得到的能量转换效率都较低,所以在理论上如何提高耦合布朗马达在拖动负载做功时的能量转换效率仍然是十分重要的研究课题。目前,在大多数的棘轮模型研究当中,考虑的都是单位阻尼条件下布朗粒子的运动情况。由于生物体内细胞液的浓度、杂质等都会影响溶液的实际环境,分子马达受到的介质阻尼通常是变化的,因此在理论上进一步研究外力与负载作用下摩擦棘轮的输运性能十分有必要。通过对摩擦棘轮输运性能的研究,不仅在理论上可以提高布朗棘轮的能量利用率,也可为信息容量大、反应速度快的纳米器件的制备提供一定的理论参考。本文根据随机能量理论通过对朗之万方程的数值模拟研究了耦合布朗马达在溶液摩擦对称性破缺条件下的定向输运及能量转换效率问题。详细讨论了溶液阻尼,周期外力以及耦合作用对布朗粒子输运性能的影响。研究发现溶液摩擦的不对称性不仅能促进摩擦棘轮的定向输运,且合适的溶液阻尼系数比还可以使耦合棘轮的输运达到最强,同时还能使其能量转换效率达到两个极大值。此外,一定摩擦阻尼条件下外力振幅可以使耦合粒子的定向输运呈现多峰结构。研究还发现合适的自由长度和耦合强度也能增强摩擦棘轮的定向输运性能。本硕士论文的研究结果不仅能够启发实验上选取合适的摩擦阻尼来优化布朗马达的定向输运性能,同时为研究溶液阻尼对布朗棘轮定向输运的影响提供一定的理论参考,还可以应用于研究ATP合成、信号传导等生命活动方面。