中国学科发展战略·软凝聚态物理学（下）

目录

总序 i

摘要 v

Abstract xvii

下

第五章 生物分子马达 1051

第一节 生物分子马达简介 1051

一、分子马达分类 1052

二、平动马达一例：驱动蛋白 1053

三、转动马达一例：ATP合酶 1054

四、非持续马达一例：肌球蛋白Ⅱ 1055

第二节 研究进展及现状 1056

一、分子马达的实验研究 1056

二、分子马达的理论研究 1067

第三节 基础及应用研究中的前沿问题 1070

一、基础研究的前沿问题 1071

二、分子马达的应用研究 1076

第四节 未来5~10年重点发展方向 1079

参考文献 1080

第六章 细胞骨架 1086

第一节 学科发展背景和现状 1092

一、细胞骨架的动态稳定结构 1092

二、蛋白质单元组装成细胞骨架纤维 1094

三、细胞骨架的速率方程 1096

第二节 细胞骨架的前沿问题 1109

一、细胞骨架伴随着核苷酸水解 1109

二、动态不稳定性 1120

三、踏车现象 1122

四、肌动蛋白纤维的长度扩散 1123

五、细胞骨架的力学性质 1126

第三节 未来5~10年重点发展方向 1131

第四节 结语 1132

参考文献 1133

第七章 细胞软物质力学及其在生理病理机制中的作用 1136

第一节 引言 1136

第二节 学科发展现状及前沿问题 1138

一、细胞软物质力学的表征和测量方法 1138

二、细胞的主要软物质力学行为及其特征 1140

三、细胞软物质行为的理论模型 1145

四、细胞内吞及其力学行为 1149

五、细胞软物质力学的学科前沿问题 1156

第三节 未来5~10年重点发展方向 1163

参考文献 1164

第八章 生物大分子的静电学 1173

第一节 引言 1173

第二节 学科发展背景和现状 1175

一、生物大分子静电学的物理基础和计算方法 1175

二、与电泳相关的静电相互作用 1178

三、与蛋白质相关的静电相互作用 1179

四、用于蛋白质计算各种层级的静电学模型 1181

五、静电学原理和计算方法在生物大分子中的应用 1183

六、应用实例 1185

第三节 生物大分子静电学的前沿问题 1188

第四节 未来5~10年重点发展方向 1189

一、生物大分子附近平衡离子分布和动力学 1189

二、蛋白质相关的静电效应 1191

三、RNA折叠相关的静电学问题 1192

四、电泳相关的静电学问题 1192

第五节 结语 1192

参考文献 1193

第九章 癌细胞信号处理的生物物理建模 1196

第一节 引言 1196

第二节 癌细胞物理学研究发展历程 1198

一、肿瘤物理学研究的兴起和必要性 1198

二、癌细胞信号处理的物理建模研究的特点和历程 1199

第三节 最近十年研究进展 1201

一、癌细胞信号网络动力学建模 1201

二、癌细胞群体相互作用、增殖和迁移理论 1207

三、肿瘤临床治疗方案及其疗效模拟 1211

第四节 癌细胞理论研究的前沿学科问题和发展方向 1213

一、关于细胞信号转导机制的研究 1213

二、关于基因表达调控机制的研究 1214

三、关于生物网络结构、动力学和功能的研究 1215

参考文献 1215

第十章 细菌运动的物理生物学 1218

第一节 引言 1218

第二节 细菌动力学的背景和现状 1220

一、细菌的自驱动运动 1220

二、细菌与界面的相互作用 1222

三、细菌的群体运动及自组织行为 1223

四、细菌趋化性能、信息交流及群体响应 1226

第三节 目前细菌动力学的前沿问题 1227

一、细菌马达的生物及物理机制 1227

二、细菌集群运动的生物及物理机制 1228

三、细菌动力学的研究与活性软物质领域的交叉关系 1229

四、细菌动力学研究引发的仿生学及生物材料方面的应用 1230

第四节 展望今后十年可能实现的重大研究进展 1230

一、弄清细菌马达的力学及统计物理机制 1230

二、建立细菌集群运动的清楚的物理机制 1231

三、细菌动力学的研究成果会给活性软物质领域展示多种机制 1231

四、细菌动力学的研究引发一些仿生学及生物材料方面的应用 1231

第五节 结语 1232

参考文献 1232

第十一章 纳米颗粒与蛋白以及细胞膜等的相互作用 1241

第一节 引言 1241

第二节 最近二三十年的研究进展 1243

第三节 代表性研究案例简介——理论与实验的结合 1245

第四节 学科前沿问题 1252

第五节 未来5~10年学科发展趋势 1252

参考文献 1253

第十二章 生物信息大数据挖掘 1258

第一节 引言 1258

第二节 学科发展背景和现状 1258

一、发展背景 1258

二、研究现状 1259

第三节 前沿问题 1263

一、如何在不断增长的海量生物数据下构建动态学习模型 1263

二、多源异质生物数据迁移学习模型一直备受关注 1265

三、面向生物数据层次隐含信息挖掘的深度学习理论与方法 1267

四、多源异质生物数据挖掘平台的建设 1268

第四节 未来5~10年重点发展方向 1271

一、面向海量生物数据的动态学习新框架 1271

二、多源异质生物数据迁移学习算法 1271

三、优化生物信息领域的深度学习方法，提升深度网络模型的可解释性 1272

第五节 结语 1273

参考文献 1273

第七篇 软物质交叉领域

第一章 抗污染、智能、便携式可穿戴微流控器件 1279

第一节 引言 1279

第二节 发展历程 1282

第三节 最近二三十年的研究进展 1284

第四节 学科前沿问题 1286

第五节 与实际需求结合的重大问题 1287

第六节 未来5~10年学科发展趋势 1290

参考文献 1292

第二章 活性物质动力学 1294

第一节 引言 1294

第二节 学科发展背景和现状 1295

一、Vicsek模型 1296

二、极性活性物质：Toner-Tu连续体模型 1298

三、非极性活性物质：连续体理论 1300

第三节 前沿问题 1303

一、活性物质中的物相类型 1303

二、活性物质中的相变 1303

三、团簇，相分离 1303

四、边界效应 1304

五、活性物质的动力学和流变行为 1304

六、活性物质对外场的相应 1304

七、活性物质的实际应用 1304

第四节 未来5~10年重点发展方向 1305

一、进一步发展连续体理论 1305

二、活性物质体系的模拟和理论分析的结合研究 1305

三、对理论预言的实验验证 1305

四、利用先进的介观尺度的流体模拟方法来研究活性胶体溶液 1305

五、开发活性物质的实际应用 1306

第五节 结语 1306

参考文献 1307

第三章 智能软聚合物及其应用 1310

第一节 引言 1310

第二节 发展历程 1312

一、形状记忆聚合物及其复合材料 1312

二、介电弹性体电活性聚合物 1316

第三节 最近二三十年的研究进展 1321

一、形状记忆聚合物及其复合材料 1321

二、介电弹性体材料 1334

第四节 学科前沿问题 1344

第五节 与实际需求结合的重大问题 1346

一、变形/承载一体化、变刚度技术 1347

二、轻质/大输出力驱动器技术 1347

三、多物理场耦合作用条件下智能材料的力学测试方法 1348

第六节 未来5~10年学科发展趋势 1348

一、自感知、自适应、自修复智能软聚合物及结构的设计与研制 1348

二、智能软聚合物及结构多场耦合条件下的本构理论建立 1349

三、智能软聚合物实验方法的发展及其结构力学性能和失效行为表征 1349

参考文献 1350

第四章 场诱导智能软物质材料 1366

第一节 引言 1366

第二节 学科发展背景和现状 1367

一、磁流变液 1368

二、电流变液 1370

三、巨电流变液的重大突破 1373

第三节 软物质智能材料的前沿问题 1377

第四节 未来5~10年发展趋势 1379

参考文献 1380

第五章 基于生物矿化构建的“生物-材料”复合体 1383

第一节 引言 1383

第二节 矿化与调节 1385

第三节 生物-材料复合体的制备 1386

一、层层自组装 1387

二、离子键合 1389

三、自生长 1390

四、基因工程 1392

五、其他方法 1394

第四节 基于功能材料外壳的生物体改性 1395

一、细胞保护 1395

二、细胞储存 1397

三、热稳定性 1399

四、无须冷藏的疫苗 1400

五、生物隐身 1402

六、抗原掩蔽 1403

七、光合系统改进 1404

八、生物产氢 1405

九、生物催化 1406

第五节 展望与挑战 1407

参考文献 1409

关键词索引 1422

彩图 1455

上

第一篇 绪论

第二篇 软物质的理论基础

第一章 软物质体系的主要理论

第二章 高分子物理理论与模拟

第三章 蠕虫状链模型在高分子物理研究中的应用

第四章 嵌段共聚物中的相和相变

第五章 聚合物刷的计算机模拟研究

第六章 软物质中的连续介质力学基础

第七章 软物质系颗粒材料扩散行为建模

第三篇 软物质的实验方法

第一章 软物质实验方法前沿：单分子操控技术

第二章 蛋白质力学特性的单分子力谱研究

第三章 单分子荧光技术在生物物理研究中的应用

第四章 摄像显微技术在实验软物质物理中的应用

第五章 高分子超薄膜表征技术

第六章 小角散射技术在软物质表征中的应用

第七章 癌细胞侵袭转移的实验方法

第四篇 软物质介观体系

第一章 超分子凝胶与介观结构

第二章 手性超分子自组装与应用

第三章 从“纳米原子”到巨型分子

第四章 软物质热学超构材料

中

第五章 橡胶类材料的弹性理论

第六章 聚合物囊泡

第七章 液晶弹性体：性能与形变

第八章 液晶显示器件

第九章 颗粒物质宏观模型

第五篇 软物质低维与界面体系

第一章 受限液晶系统的理论新进展

第二章 生物膜弹性理论

第三章 聚合物纳米复合材料

第四章 仿生多尺度超浸润界面材料

第五章 软材料的变形稳定性

第六章 胶体物理基础

第七章 胶体在基础物理研究中的应用

第八章 二维各向异性胶体热力学

第九章 活性胶体

第十章 纤维体软物质

第十一章 微观尺度下的水：从准一维、二维受限空间到生物以及材料表面

第六篇 软物