导读:本文包含了导电机制论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:性能,固体,挤出机,氧化亚铜,离子,芳香族,晶粒。
导电机制论文文献综述
李俊柔,陈婷,殷峻,周玉央,李娜[1]（2019）在《导电材料提升有机废物厌氧发酵性能的效果及其机制》一文中研究指出产气性能的提升是有机废物厌氧发酵研究和工程应用的热点与难点。近年来,越来越多的研究表明导电材料的添加能够有效提升有机废物厌氧发酵性能,增加甲烷产率。基于此,概述了添加导电材料对有机废物厌氧发酵体系产甲烷的提升效果,从导电材料理化特性和厌氧发酵微生物代谢活动方面综述了其潜在的提升机制,论述了导电材料对发酵功能微生物种群活性分布以及互营代谢的影响,并阐述了目前该研究成果应用于实际工程所面临的困境及未来的研究方向。(本文来源于《环境卫生工程》期刊2019年02期）
束传军[2]（2018）在《微生物导电菌毛的进化、结构和电子传递机制研究》一文中研究指出产电微生物是一类具有特殊呼吸能力的微生物,它们能够在外界电子受体不进入细胞的情况下,将呼吸链延伸到细胞外,并将电子传递到胞外受体。研究胞外电子转移(Extracellular Electron Transfer,EET)是发展环境修复技术和新型生物能源技术的基础。Geobacter sulfurreducens(GS)是一种具备EET能力的模式产电微生物,可以对被重金属或核燃料污染的水进行生物修复。GS菌毛具有类金属样导电性,被称之为“纳米导线”,且与GS还原叁价铁和其生物修复等生物学功能密切相关,是目前研究的热点。利用产电微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的设备被称之为微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。然而,MFC的低功率限制了其实际应用。确定菌毛细胞外电子转移机制,挖掘限制菌毛导电能力的因素,可大幅度提高MFC的应用性能。导电菌毛属于纤维状蛋白多聚体,由于其不溶性、表面附属物和组装异质性,使用传统的结构生物学手段(X射线,核磁共振成像和冷冻电镜技术)难以获得导电菌毛全原子结构。导电菌毛结构未知导致研究者对其功能的认知存在很多未知之处,尤其是其胞外电子传递的机制。因此,本文以Geobacter菌属作为主要研究对象,运用计算生物学和计算化学方法,从序列、结构、进化和功能等多个层面,探索导电菌毛胞外电子转移的潜在机制。这些研究不仅有助于我们认识和阐明EET过程的分子机制,还为通过基因改造产电微生物、提高MFC的产电效率提供科学依据和理论指导。本论文研究内容和主要研究进展如下:1、系统分析菌毛蛋白的序列、结构和进化关系,揭示了导电菌毛蛋白的进化来源,建立其进化模型。针对Geobacter菌属,我们使用PilFind和Cluster搜索编码导电菌毛蛋白的同源基因;利用MAFFT和QUARK分析序列特征和蛋白质叁级结构;通过构建系统发育树来探索导电菌毛蛋白的起源。我们发现导电菌毛蛋白可能进化来自常规的完整型菌毛蛋白,其和伴随蛋白GSU1497可能分别进化来源于完整型菌毛蛋白N端和C端。进化压力来自没有直接电子转移能力的厌氧细菌胞外电子转移的功能需求,进化的进程依次是基因双重复制、基因退化和基因分离。这些发现有助于我们进一步研究Geobacter菌属的导电菌毛进行远程电子传递的分子机制。2、发展了一种四型菌毛结构的柔性预测方法。此方法充分考虑了亚基生物学解析过程中存在的静态快照、信号干扰等问题而导致的不合理空间结构(如原子位置冲突等)和组装过程刚性对接,从本质上改进了四型菌毛组装过程中亚基的柔性对接问题。我们运用从头算法、同源建模或从结构数据库下载的方式获得亚基的叁维构象,之后借助分子动力学模拟进行优化以去除可能存在的原子位置冲突等不合理的结构细节。在螺旋对称组装过程中,我们增加了距离约束以更快更好的获得低能量模型。由于组装过程中认为亚基是刚体,所以我们进一步运用分子动力学模拟对具有最低能量评分的模型进行优化。通过比较预测获得的菌毛结构(Neisseria gonorrhoeae菌毛和Neisseria meningitidis菌毛)与对应的天然结构来评估方法的有效性,结果表明我们预测的结构与天然的菌毛结构很相近,偏差仅在2埃左右。3、建立导电菌毛及其突变体结构模型,从结构生物学方面探索了影响菌毛导电能力的生物因素:芳香族氨基酸的个数与类型、芳香族残基之间的距离、芳香族残基周围的局部静电环境、菌毛亚基之间氨基酸相互作用和亚基的类型。运用四型菌毛结构的柔性预测方法构建导电菌毛及其突变体的结构模型;应用PDB2PQR,Rosetta,RING,PyMOL和VMD分析菌毛结构的细节,即静电特性,螺旋对称参数,残基相互作用网络,氨基酸之间的距离和盐桥信息。我们发现亚基内部的点突变会导致菌毛蛋白组装成不同结构的菌毛。比较具有不同电导率的菌毛结构,我们进一步确认导电菌毛胞外电子转移的机制至少部分归因于芳香族氨基酸的密度(正相关)、种类、距离(正相关)以及局部的静电环境、亚基间相互作用构成和亚基的类型。上述结果为合成高导电、无污染的纳米导线以及在MFC中实现高电流密度提供了新的观点。4、从计算生物学和计算化学角度,揭示了芳香族氨基酸在菌毛导电过程中的作用机制。为了研究菌毛导电的潜在机制,在构建GS菌毛结构的能量最小化理论模型的基础上,我们运用马库斯电子转移反应理论计算芳香族氨基酸在菌毛电子转移过程中的贡献。我们计算获得的GS菌毛模型的理论电导系数(4.69μS/3.85μS)与生物学实验结果(3.40μS)非常接近。通过与不同电子传递机制中电化学参数相比较,我们发现GS菌毛的电子迁移率、导电率和电导系数与强健的π-π相互作用体系接近,推测芳香族氨基酸间特殊的共轭体系是GS菌毛导电的根本原因。这些发现不仅提供了对GS菌毛导电机制的新见解,即GS的菌毛是一种通过芳香族氨基酸之间的π-π相互作用而转移电子的新型功能性蛋白,还为进一步研究导电菌毛在生物地球化学中的作用以及扩展其在生物能源和生物电子应用提供了新思路。(本文来源于《东南大学》期刊2018-08-16）
姜增誉,阎长平,李健丁,何生[3]（2018）在《新型导电复合材料聚吡咯壳聚糖对新生大鼠心室肌细胞钙信号传导的影响及可能机制》一文中研究指出目的观察新型导电复合材料聚吡咯壳聚糖(Ppy-Chi)对新生大鼠心室肌细胞(NRVM)钙介导的电信号传导速度的影响及可能机制。方法通过氧化还原法合成导电复合材料Ppy-Chi;应用红外光谱成像分析Ppy-Chi化学组成;通过酶化学法分离NRVM,并应用免疫荧光染色鉴定;将NRVM与Ppy-Chi共培养,以Chi培养皿为对照组,通过DAPI染色观察细胞数量变化,了解材料的生物相容性,应用钙敏感的荧光染料Fluo-4标记NRVM检测不同组别电信号传导速度;应用半导体电阻仪分析Ppy-Chi、Chi导电率,探讨其加速NRVM间电信号传导的可能机制。结果通过氧化还原法可以合成导电聚合物Ppy-Chi,应用复合酶消化法和密度梯度离心法可以分离出高纯度NRVM;与空白培养皿、Chi涂层培养皿比较,NRVM在Ppy-Chi涂层培养皿表面上细胞数量和心肌标记物SARC和Cx-43表达无统计学意义(P>0.05);与Chi培养组比较,Ppy-Chi组NRVM钙介导的电信号传导速度是前者的3倍(P=0.028);在机制上分析,通过导电率测定证实Ppy-Chi导电率明显高于后者(P=0.001)。结论 Ppy-Chi具有良好的生物相容性,可以加速NRVM间电信号传导速度,其机制可能是Ppy-Chi较低的电阻抗有机地与NRVM整合。(本文来源于《中西医结合心脑血管病杂志》期刊2018年12期）
边慧,苏晓磊,屈银虎[4]（2018）在《紫外光固化导电胶的制备及固化动力学机制》一文中研究指出为研究紫外光固化导电胶的性能及固化机制,以银包铜粉、环氧丙烯酸树脂为原料制备固化胶,采用刮涂法将浆料涂覆到载玻片上,置于紫外光下固化获得导电涂层。对试样的微观结构、力学和电学性能进行表征,对固化体系的热行为及固化反应动力学机理进行了研究,并利用Kissinger和Grane模型计算固化反应的活化能和反应级数。研究结果表明:光辐射下导电胶层可快速固化;当填料含量为70wt%时,浆料达最低电阻率1.122mΩ·cm;填料含量75wt%时剪切值最大为57.4MPa;活性稀释剂含量为35wt%时,浆料具有最佳的固化速度和网联结构;固化反应过程中表观活化能为15.17kJ/mol,固化工艺为172.3℃→302.05℃→369.35℃,为一级固化反应;浆料在200℃以下具有较好的抗氧化性能。(本文来源于《材料科学与工程学报》期刊2018年03期）
唐长伟[5]（2018）在《利用归中反应制备n/p型氧化亚铜薄膜及其导电机制研究》一文中研究指出氧化亚铜(Cu_2O)薄膜在光电转化和光电化学转化方面具有良好的应用前景,Cu_2O薄膜的导电性调控和导电机制研究对于提高Cu_2O薄膜的光电转化效率具有重要意义。本工作利用归中反应在pH=5的弱酸性硫酸铜(CuSO_4)溶液中制备了Cu_2O薄膜,通过在溶液中加入不同浓度的硝酸钾(KNO_3)来调控Cu_2O薄膜的导电类型,并在分析薄膜生长过程的基础上研究了KNO_3浓度对Cu_2O薄膜导电类型的调控机制。此外,本工作利用电化学阻抗谱技术和光电流表征技术分析了Cu_2O薄膜的导电机制。全文主要内容及结果如下:(1)将铜箔置于pH=5的CuSO_4溶液中,通过在溶液中加入不同浓度的KNO_3得到了不同导电类型的Cu_2O薄膜。研究发现,当KNO_3浓度≦0.75 mol dm~(-3)时,Cu_2O薄膜表现为n型导电,且Cu_2O薄膜的施主载流子密度随KNO_3浓度的升高而减小。当KNO_3浓度≧1.00 mol dm~(-3)时,Cu_2O薄膜表现为p型导电,且Cu_2O薄膜的受主载流子密度随KNO_3浓度的升高而增大。KNO_3影响Cu_2O薄膜导电性的原因是由于在弱酸性环境中,NO_3~-与Cu~(2+)发生竞争还原,造成Cu~+生成数量减少,同时消耗H~+,使Cu_2O电极表面的pH值升高,导致Cu_2O薄膜内的Cu空位密度或O空位密度发生改变。(2)Cu_2O薄膜的生长过程可分为两个阶段。在第一阶段中,Cu基底和溶液中的Cu~(2+)直接反应生成Cu_2O薄膜(≦1 min)。在第二阶段中,铜基底被Cu_2O薄膜完全覆盖(1 min-48 h)。在第二阶段,Cu被氧化而失去的电子将穿过Cu_2O薄膜到达Cu_2O/溶液界面(外界面);同时,O~(2-)由外界面向Cu/Cu_2O界面(内界面)移动。光电流表征结果表明,随着反应时间的延长,使得外界面处Cu_2O薄膜表现为n型导电性的缺陷密度与Cu空位密度之比会逐渐增大。由阻抗谱数据分析可知,O~(2-)向内界面的迁移速率始终大于外界面处O~(2-)的补给速率,并最终导致外界面处Cu_2O薄膜内的O空位密度随反应时间延长逐渐增大,而Cu空位密度随反应时间延长逐渐减小,这与光电流的表征结果十分吻合。因此O空位使得Cu_2O薄膜表现为n型导电性,而Cu空位使得Cu_2O薄膜表现为p型导电性。(本文来源于《西北大学》期刊2018-06-01）
付晓彬[6]（2018）在《通过固体核磁共振研究环糊精—高分子/锂盐固体聚合物电解质的离子导电机制》一文中研究指出固体聚合物电解质相比于传统电解质具有多种优越的性能,如能量密度高、可抑制锂金属枝晶生长、易于加工成型等,因此一直是固体电解质材料研究的热点。本文首先利用环糊精(CD)与聚氧乙烯(PEO)可以通过自组装形成管道状聚轮烷结构的性质,成功制备了几类具有较高室温电导率的环糊精-聚氧乙烯/锂盐固体电解质,然后利用一系列固体核磁共振方法,研究分析了材料中锂离子和高分子的运动能力,深入探讨了其离子导电机制以及组装成全固态锂金属电池的可行性。全文的主要研究内容(按章节顺序)如下:(1)第二章工作主要发展了一系列可以用于研究固体电解质中锂离子化学环境以及空间分布的固体核磁共振方法。本章中利用这些方法对一个具体的体系,即β-CD-PEO_n/Li~+固体电解质中锂离子的化学环境以及空间分布进行了研究,并在此基础上对管道中高分子链运动、锂离子运动和材料导电机制进行了研究和探讨。固体核磁共振结果清晰地表明,在该材料中锂离子主要处于两种不同的化学环境中,分别为被分子链所络合的锂离子以及被环糊精所络合的锂离子;分子链所络合的锂离子具有更高的空间密度以及更强的运动能力,而环糊精所络合的锂离子空间密度低,并且运动能力较弱。由此,我们推测该类材料中被分子链所络合的锂离子是该材料电荷传输的主要载流子,后续的电化学结果也进一步证实了该结论。本章的研究工作为后续几章工作建立了系统的核磁共振研究方法学,并为具有高电导率管道状聚轮烷结构电解质材料的合成提供了策略性的方案。(2)第叁章工作主要研究了管道状聚轮烷结构固体电解质管道中高分子链化学结构规整性对材料电导率的影响。本章工作中,我们使用具有显着结构不规整性的高分子,聚丙二醇(PPG)以及嵌段共聚物(PG-co-EG-co-PG),代替了先前研究体系中结构规整的PEO分子链,合成了两种新型的固体聚合物电解质材料β-CD-PPG/Li~+以及β-CD-copolymer/Li~+。固体核磁共振结果表明,β-CD-PPG/Li~+中由于甲基的引入,导致其与环糊精之间空间位阻效应增大,分子链运动能力大大下降,并导致离子电导率降低。而β-CD-copolymer/Li~+体系中,在引入不规整分子链结构的同时减小了高分子链与管道之间的空间位阻,从而提升了分子链的运动能力,使其电导率得到了大幅度提升。由此,我们得出结论:通过改变管道中高分子链化学结构规整性以提高材料电导率的合成策略需要同时考虑高分子链化学结构规整性以及高分子链与管道之间的空间位阻。(3)第四章工作主要研究了管道状聚轮烷结构固体电解质中内嵌高分子链构象对材料电导率的影响。通过对材料中锂离子含量的调控,我们在α-CD-PEO_n/Li~+结晶型聚合物固体电解质样品中成功地将PEO分子链从ttg构象序列完全转变为all-trans构象序列。固体核磁共振结果表明,具有all-trans构象的PEO分子链对锂离子的束缚能力大大降低,因此导致锂离子运动能力得到增强。在低锂离子浓度的α-CD-PEO_(40)/Li~+结晶型聚合物固体电解质样品中,我们发现了类似于无机快离子导体中的具有快速运动能力的锂离子。本章的研究工作为后续合成具有快离子的高分子固体电解质材料提供了指导性方案。(4)第五章工作主要研究了管道状聚轮烷结构固体电解质材料在锂金属全固态电池中的应用。在本章工作中,我们将具有较高电导率的β-CD-PEO_n/Li~+固体电解质材料与锂金属装配成锂金属全固态电池并实现了完整的电化学循环。表征了该类电池的电化学窗口、离子迁移数、直流电阻等电池参数,展示了管道状聚轮烷结构固体电解质材料具有开发成全固态大功率电池的可行性,为后续固体电解质材料的实际应用提供了经验。本篇论文工作表明,基于环糊精与高分子自组装形成的管道状聚合物固体电解质具有很好的应用前景。核磁共振技术在研究该类材料中的微观结构和分子运动等方面具有巨大的优势。本文工作有助于理解SPE材料的导电机理,为设计新型高性能SPE提供理论基础。(本文来源于《华东师范大学》期刊2018-05-01）
魏艳妮,罗永光,曲洪涛,谭世友,梁淑华[7]（2018）在《铝包铜复合导电头的界面组织及失效机制》一文中研究指出采用固-液复合方法制备了铝包铜复合导电头,利用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS),对Cu/Al复合界面的微观组织形貌及相组成进行分析,并采用剪切试验、微观硬度测试、涡流导电仪及电化学测试对Cu/Al复合界面的结合强度、微观硬度、界面导电性及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,固-液复合法制备的铝包铜导电头Cu/Al界面由大量金属间化合物与Al基体的混合物相组成,界面过渡层平均宽度约为500μm,存在分布不均匀且尺寸较大的类孔型缺陷及细小的裂纹,界面连接强度较低,为6~10 MPa,界面耐腐蚀性和导电性较差。导电头使用前后Cu/Al异质界面组织及性能对比分析表明,铝包铜导电头界面失效的主要原因是界面大量缺陷和较厚的界面过渡层致使界面处导电性变差,从而在通电时电阻发热严重恶化界面,最终导致失效。(本文来源于《特种铸造及有色合金》期刊2018年04期）
张天然[8]（2018）在《叁螺杆挤出机制备聚烯烃基石墨导电复合材料的性能研究》一文中研究指出随着电子电气工业的发展,填充型聚合物基导电复合材料因其成本低廉,加工方便,可成型性好,电导率可调等优点而得到越来越广泛的应用。导电填料在聚合物基体中的分散效果决定了复合材料导电性的优劣,叁螺杆挤出机具备优异的混炼性能,十分适合制备聚合物基导电复合材料。本论文首先通过数值模拟方法研究了一字型叁螺杆挤出机的混炼特性,然后选择高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)为聚合物基体,石墨纳米片(GNP)为导电填料,通过叁螺杆挤出机制备了HDPE/GNP以及HDPE/PP/GNP导电复合材料,并研究了组分配比,挤出机工艺参数对复合材料微观结构,导电性能,力学性能,加工流变性能的影响。数值模拟结果表明,一字型叁螺杆挤出机均化段平面流场的流动速率,剪切速率数值均随螺杆转速的增大而呈近似线性增大。剪切应力也随螺杆转速的增大而增大,但增幅会逐渐放缓,分散指数则对螺杆转速没有依赖性。流场中高剪切应力区主要出现在螺杆与机筒间隙处以及叁根螺杆之间的啮合区。而高分散指数区则出现在高剪切速率区域与低剪切速率区域的交界区域。模拟加工时间的增加和螺杆转速的增大都有利于更多的物料粒子经历高剪切应力,而螺杆转速的影响更为显着。粒子经历最大分散指数的概率分布会随着模拟加工时间的增加而更多向高分散指数方向分布,但对螺杆转速没有依赖性。HDPE/GNP复合材料在GNP含量约为9wt%时达到导电逾渗阈值,此时电导率达到10~(-5)S/cm数量级,当GNP含量为15wt%时,电导率达到10~(-3)S/cm数量级。随着GNP含量的提高,复合材料的拉伸和冲击性能大幅降低,弯曲性能则不断提高。熔体剪切粘度随GNP含量提高而增大,但在高剪切速率时影响较小。叁螺杆的加工参数对复合材料的性能有一定影响,当加工温度为205℃-225℃,螺杆转速为80rpm时,复合材料的导电和力学性能较佳。HDPE/PP/GNP复合材料在微观结构上,GNP优先分布在HDPE相中形成双逾渗结构,导电逾渗阈值相比HDPE/GNP复合材料降低至约6wt%。随着GNP含量的提高,复合材料的拉伸和抗冲击性能大幅降低,弯曲性能则先升高后降低。HDPE/PP基体配比对复合材料的微观结构和导电性影响显着,GNP含量一定时,当HDPE/PP质量比例为50:50时,电导率最高。叁螺杆的加工参数对复合材料的结构和性能影响明显,当加工温度为185℃,螺杆转速为80rpm时,复合材料的导电和力学性能较佳。(本文来源于《华南理工大学》期刊2018-04-12）
王一川[9]（2018）在《基于氧化钽材料阻变存储器的阻变特性与导电机制研究》一文中研究指出随着科技的发展和我国第叁次消费结构升级转型,高集成度的电子消费产品越来越受到人们的青睐。其中,存储器作为消费电子不可或缺的组成部分,越发受到产业链所关注。Flash存储器作为成熟的非挥发性存储器,由于其操作速度快、存储密度大等特点而被广泛应用。然而,随着Flash器件单元尺寸的缩小,其发展程度也收到了很大的限制,所以新型非挥发性存储器的研究迎来了一个新的高潮。其中,阻变存储器(RRAM,Resistive Random Access Memory)集成度高,工艺简单,操作速度快,功耗相比其他新型存储器较低等优势,成为了新型存储器的有力竞争者之一。近十年来,阻变存储器得到了迅速发展,由于阻变层的选择决定了阻变存储器的存储能力,因此各种材料的阻变层相继进行了研究,其中氧化物作为一种易于制备,工艺简单的材料而被应用。TaO_x材料由于其优异的耐受性(endurance)和较快的擦写速度(<150ps)成为了氧化物基阻变存储器研究热点。本论文实验所制备的器件均采用射频磁控溅射生长完成,而插层则是采用离子束溅射精确控制厚度制备完成。一方面,利用AFM和XPS对薄膜的表面形貌进行表征,一方面使用半导体参数分析仪测试器件的电学性能,进而对器件的阻变性能和传输机理进行研究和分析。首先对Ta/TaO_x/Pt结构未插层器件的工艺条件进行改善。通过对比不同氧分压和厚度阻变层的未插层器件电学特性,得出3%氧分压下,厚度为10nm的未插层器件性能比较稳定。然后以此未插层器件为基础,进行了结构上的优化,在上电极和阻变层之间插入薄层金属Ti或者Hf,厚度均为1nm。对比叁种器件的电学性能,得出了Ti插层器件的性能最为优异,高低阻态的稳定性最好。最后对叁种器件的薄膜表面进行表征、I-V曲线的线性拟合以及阻变模型的建立,发现插层器件的传输机理并没有由于金属插层的加入而得到改变,金属薄层的加入只是充当串联电阻以及储氧层的作用,防止器件出现硬击穿,而且由于HfO_x的标准生成吉布斯自由能比TiO_x要大,所以不是任何金属作为插层都能起到积极的作用。在Ta/TaO_x/Pt结构器件加入Ti插层可以改善性能的基础上,研究插入Ti层的厚度对器件性能的影响。通过对比四种不同厚度Ti插层器件的电学性能,得出较厚Ti插层器件的性能反而会下降。最后通过线性拟合和模型建立,得出过厚的Ti插层会降低器件性能的原因。通过本论文相关实验,证实了合适厚度的金属插层可以提升未插层器件的阻变特性,为改善离子型阻变存储器的稳定性提供了参考,也为阻变存储器进一步得到产业化应用提供了一定的理论意义。(本文来源于《天津理工大学》期刊2018-03-01）
余虹云,李瑞,陈庆吟,潘伟健,胡豪竞[10]（2018）在《纯铝线强度和导电率反常制约现象及机制分析》一文中研究指出在金属成形过程中,其强度和导电率通常呈现出明显的制约关系。然而,在工业纯铝拉丝加工过程中,不同道次的工业纯铝线的强度和导电率却呈现出了反常制约关系。通过对不同道次的工业纯铝线的强度和导电率的测试以及微观组织表征,揭示了工业纯铝线在拉丝成形加工过程中的反常制约机制。结果表明,晶粒在径向的细化以及在轴向的拉长有利于提高纯铝线的强度,同时也有利于改善其导电率;在拉丝过程中产生的<111>丝织构对强度有贡献且不影响导电率。因此,不同道次的工业纯铝线的强度和导电率实现了同步提升。这一研究成果对钢芯铝绞线用工业纯铝线的生产具有指导意义。(本文来源于《轻合金加工技术》期刊2018年02期）
导电机制论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
产电微生物是一类具有特殊呼吸能力的微生物,它们能够在外界电子受体不进入细胞的情况下,将呼吸链延伸到细胞外,并将电子传递到胞外受体。研究胞外电子转移(Extracellular Electron Transfer,EET)是发展环境修复技术和新型生物能源技术的基础。Geobacter sulfurreducens(GS)是一种具备EET能力的模式产电微生物,可以对被重金属或核燃料污染的水进行生物修复。GS菌毛具有类金属样导电性,被称之为“纳米导线”,且与GS还原叁价铁和其生物修复等生物学功能密切相关,是目前研究的热点。利用产电微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的设备被称之为微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。然而,MFC的低功率限制了其实际应用。确定菌毛细胞外电子转移机制,挖掘限制菌毛导电能力的因素,可大幅度提高MFC的应用性能。导电菌毛属于纤维状蛋白多聚体,由于其不溶性、表面附属物和组装异质性,使用传统的结构生物学手段(X射线,核磁共振成像和冷冻电镜技术)难以获得导电菌毛全原子结构。导电菌毛结构未知导致研究者对其功能的认知存在很多未知之处,尤其是其胞外电子传递的机制。因此,本文以Geobacter菌属作为主要研究对象,运用计算生物学和计算化学方法,从序列、结构、进化和功能等多个层面,探索导电菌毛胞外电子转移的潜在机制。这些研究不仅有助于我们认识和阐明EET过程的分子机制,还为通过基因改造产电微生物、提高MFC的产电效率提供科学依据和理论指导。本论文研究内容和主要研究进展如下:1、系统分析菌毛蛋白的序列、结构和进化关系,揭示了导电菌毛蛋白的进化来源,建立其进化模型。针对Geobacter菌属,我们使用PilFind和Cluster搜索编码导电菌毛蛋白的同源基因;利用MAFFT和QUARK分析序列特征和蛋白质叁级结构;通过构建系统发育树来探索导电菌毛蛋白的起源。我们发现导电菌毛蛋白可能进化来自常规的完整型菌毛蛋白,其和伴随蛋白GSU1497可能分别进化来源于完整型菌毛蛋白N端和C端。进化压力来自没有直接电子转移能力的厌氧细菌胞外电子转移的功能需求,进化的进程依次是基因双重复制、基因退化和基因分离。这些发现有助于我们进一步研究Geobacter菌属的导电菌毛进行远程电子传递的分子机制。2、发展了一种四型菌毛结构的柔性预测方法。此方法充分考虑了亚基生物学解析过程中存在的静态快照、信号干扰等问题而导致的不合理空间结构(如原子位置冲突等)和组装过程刚性对接,从本质上改进了四型菌毛组装过程中亚基的柔性对接问题。我们运用从头算法、同源建模或从结构数据库下载的方式获得亚基的叁维构象,之后借助分子动力学模拟进行优化以去除可能存在的原子位置冲突等不合理的结构细节。在螺旋对称组装过程中,我们增加了距离约束以更快更好的获得低能量模型。由于组装过程中认为亚基是刚体,所以我们进一步运用分子动力学模拟对具有最低能量评分的模型进行优化。通过比较预测获得的菌毛结构(Neisseria gonorrhoeae菌毛和Neisseria meningitidis菌毛)与对应的天然结构来评估方法的有效性,结果表明我们预测的结构与天然的菌毛结构很相近,偏差仅在2埃左右。3、建立导电菌毛及其突变体结构模型,从结构生物学方面探索了影响菌毛导电能力的生物因素:芳香族氨基酸的个数与类型、芳香族残基之间的距离、芳香族残基周围的局部静电环境、菌毛亚基之间氨基酸相互作用和亚基的类型。运用四型菌毛结构的柔性预测方法构建导电菌毛及其突变体的结构模型;应用PDB2PQR,Rosetta,RING,PyMOL和VMD分析菌毛结构的细节,即静电特性,螺旋对称参数,残基相互作用网络,氨基酸之间的距离和盐桥信息。我们发现亚基内部的点突变会导致菌毛蛋白组装成不同结构的菌毛。比较具有不同电导率的菌毛结构,我们进一步确认导电菌毛胞外电子转移的机制至少部分归因于芳香族氨基酸的密度(正相关)、种类、距离(正相关)以及局部的静电环境、亚基间相互作用构成和亚基的类型。上述结果为合成高导电、无污染的纳米导线以及在MFC中实现高电流密度提供了新的观点。4、从计算生物学和计算化学角度,揭示了芳香族氨基酸在菌毛导电过程中的作用机制。为了研究菌毛导电的潜在机制,在构建GS菌毛结构的能量最小化理论模型的基础上,我们运用马库斯电子转移反应理论计算芳香族氨基酸在菌毛电子转移过程中的贡献。我们计算获得的GS菌毛模型的理论电导系数(4.69μS/3.85μS)与生物学实验结果(3.40μS)非常接近。通过与不同电子传递机制中电化学参数相比较,我们发现GS菌毛的电子迁移率、导电率和电导系数与强健的π-π相互作用体系接近,推测芳香族氨基酸间特殊的共轭体系是GS菌毛导电的根本原因。这些发现不仅提供了对GS菌毛导电机制的新见解,即GS的菌毛是一种通过芳香族氨基酸之间的π-π相互作用而转移电子的新型功能性蛋白,还为进一步研究导电菌毛在生物地球化学中的作用以及扩展其在生物能源和生物电子应用提供了新思路。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
导电机制论文参考文献
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