中国学科发展战略·软凝聚态物理学 下 国家自然科学基金委员会，中国科学院编 2020年版

中国学科发展战略·软凝聚态物理学 下
作者：国家自然科学基金委员会，中国科学院编
出版时间： 2020年版
丛编项： 中国学科发展战略
内容简介
　　软物质广泛存在于自然界以及人类的生产生活中，泛指处于固体和理想流体之间的复杂凝聚态物质，如胶体、液晶、高分子等。软物质以其显著熵效应、高度非线性以及复杂多样结构等一系列特性引起了科学界的高度关注。近三十年多来，针对软物质的基础研究及应用开发取得了大量重要成果，形成了物理学的一个新的重要分支——软凝聚态物理学。《中国学科发展战略·软凝聚态物理学（下）》汇集国内外数十位专家，对当前该领域各个主要方向的发展历史、研究热点以及未来趋势进行了详细介绍，是读者全面了解软凝聚态物理学的实用指南。
目录
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