液晶相生物膜弹性理论的几何方法

——Geometric Methods in Elastic Theory of Membranes in Liquid Crystal Phases

 

    者:涂展春,欧阳钟灿,刘寄星,谢毓章

    版:北京大学出版社

号:Q73/G345/2014/Y

ISBN   9787301251409

藏书地点:武大外教中心

 

生物膜(biomembrane)是科技进步给消毒灭菌行业带来的最新一系列挑战之一。紧密黏附于(复用医疗器械表面)并且难以去除的,细菌团块与细胞外基质的复合体。通俗地说,生物膜是由细菌在其分泌的粘液(粘多糖)内形成的结构。包裹着细菌的生物膜为细菌提供了保护,使得后者很难被清除。生物膜并不是新鲜事物,长期以来它们一直存在于我们的身边。最为人们熟悉的就是恼人的牙菌斑,通常每半年就需要牙医进行清除。除此之外,其他众多场合都能发现生物膜:快餐店里的制冰机、花瓶内部的粘液、城市输水管道内部以及垃圾处理系统都能看到它们的踪迹。

生物膜脂质主要是磷脂,还有糖脂及胆固醇等。由于脂质(如磷脂)含有极性的头部和由两条烃链组成的非极性尾部,故称其为两性分子。这种两性结构特征即决定了它们在生物膜中的双分子层排列方式及与膜蛋白的结合方式,也能形成多形性的液晶结构。生物液晶膜的相变非常复杂,它的相变除与浓度变化有关外,还与温度变化有关。因此维持生物膜的正常状态,需要一定水的浓度和一定的温度。一旦水的浓度和温度偏离了正常所要求的状态,生物膜就不能维持正常的功能,从而使细胞以至生物体处于病态。

《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》将膜的力学平衡和形变作为微分几何中的表面问题而进行了综合阐述。根据前人的理论,液体膜可以看成向列相或近晶相的液晶薄膜,而且能量形式可以精确地利用液晶的曲率弹性理论导出。在固定渗透压和表面张力时利用表面变分和能量极小化能够得出完全新的几何上的表面方程,这些方程具有数学上的潜在价值。该书作者对于这些方程的严格解做过深入研究,该书就是这方面研究的总结。该书适合本领域以及对这一领域有兴趣的科研工作者阅读,也可以作为研究生的参考读物。

《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》一书于2014年由北京大学出版社出版,作者是涂展春,欧阳钟灿,刘寄星和谢毓章。涂展春是北京师范大学教授,研究方向为理论生物物理学和非平衡热力学,在开口膜泡的形状问题研究中作出重要工作。欧阳钟灿是中国科学院理论物理研究所研究员、中国科学院院士、第三世界科学院院士,在脂质膜泡形状方程研究方面做出奠基性工作。刘寄星是中国科学院理论物理研究所研究员,其研究方向为等离子体理论与软物质物理,近年兴趣在中国物理学史。谢毓章为清华大学现代应用物理系教授,他是中国液晶物理学开拓者,中国物理学会液晶分会的主要创始人。《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》一书内容饱满充实,可作为液晶相生物膜相关的参考教材。

《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》的章节涵盖了十分广泛的研究方面,全书一共有六个章节。第一章是整本书的简介,首先简单介绍了液晶相生物膜,随后分别介绍了流体膜的弯曲弹性、脂质囊泡的形状方程及其解决方案、开放的脂质膜的控制方程和他们的解决方案、倾斜手性脂质双层理论以及一些不变的主题。其中第四章是2014年版本相对于之前版本增加的章节,同时第五章和第六章也增加了本分内容。

《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》一书作为液晶相技术的参考书籍,内容饱满详实,语言精准,除此之外,还包括一些其他的特点:

1、权威性。作者涂展春,欧阳钟灿,刘寄星和谢毓章都是在液晶相理论技术中的优秀研究工作者,曾经多次获得高级荣誉,并且发表过大量领域相关文献,作者当中还有中国科学院院士和中国物理学会液晶分会的主要创始人,可以说他们是中国液晶相理论研究的领先者,因此此书具有权威性。

2、前沿性。《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》一书在编写上内容广泛、描述简洁,2014年的版本更是在之前的版本中增加了当前研究的新内容,更新了书中的理论,整本书具有前沿性。

3、构思严禁。该书中出现的公式都有严格的推导过程或者引用出处,在每一章的开始都有简介,在结尾还有相关参考文献,可以供读者参考或者延伸阅读,可以看出作者在编写过程中构思严禁。

总的说来,《液晶相生物膜弹性理论的几何方法》一书将膜的力学平衡和形变作为微分几何中的表面问题而进行了综合阐述,该书内容丰富、涵盖面广、可读性强,是一本十分值得推荐的液晶相相关教材。

本书目录:

1液晶相生物膜简介

1.1液晶

1.2双性和溶致液晶

1.3生物膜的相变

1.4 LC生物膜的简单生物化学

1.5人工影响和囊泡

参考文献

2流体膜的弯曲弹性

2.1红细胞的形状问题

2.2表面的经典微分几何

2.3一个表面上的微分不变量

2.4流体膜的液晶相的弯曲弹性

参考文献

3脂质囊泡的形状方程及其解决方案

3.1初步数学

3.2一般形状方程

3.3球形囊泡

3.4近球形囊泡和三阶能量变化

3.5圆柱囊泡

3.6非圆形柱状囊泡

3.7克利福德环

3.8杜宾四次圆纹曲面

3.9轴对称囊泡的形状方程

3.10圆形两面凹的铁饼状

3.11在常数平均曲率和延伸的表面的循环

3.12挑战

参考文献

4开放的脂质膜的控制方程和他们的解决方案

4.1初步数学

4.2开放脂质膜控制方程

4.3分析解决方案

4.4 Quasi-Exact解决方案

4.5挑战

参考文献

5倾斜手性脂质双层理论

5.1强手性的倾斜手性脂质双层理论

5.2 TCLB的一般理论

5.3手性脂质双层简洁的理论

5.4挑战

参考文献

6一些不变的主题

6.1非局部弹性膜的理论

6.2数值模拟

6.3膜骨架的影响

6.4低维碳材料的弹性的应用程序

参考文献

附录A  张量计算

附录B  梯度算符

附录C  从力平衡理论来看弹性膜

附录D  表面张力的不同观点

 

(武汉大学生命科学学院研究生  李丛)