分子马达是生物体内将三磷酸腺苷(ATP)水解释放出来的化学能直接转化为定向机械能的一类蛋白质酶的总称。其运动机制的核心是：将无规的化学反应热直接转化为有序的机械能。分子马达的运动机制已成为当今生物学界和物理学界的研究热点，因为它涉及到一个更为广泛的物理问题：在没有外力的作用下，如何将无规的热运动转化为定向的机械能?对这个问题的解答将直接让人联想到违背热力学第二定律的第二类永动机。 生物学家关注的是分子马达的微观领域，它们致力于分子马达的蛋白质生物结构和构象形态的研究；而物理学家则从宏观的角度把分子马达抽象成为一个简单的粒子，研究其将随机运动转化为定向运动的机制，至于分子马达的内部细微结构往往被忽略。本文则以分子马达的中的驱动蛋白为原型，兼顾其生物结构和物理意义，提出了支化链模型，线性场和不对称势场下的高分子链模型，从高分子的角度来研究分子马达的运动机制。 1．本文用短链组成了一个一端吸附的3臂支化链模型，用来模拟驱动蛋白在运动过程中的构象分布和能量转化关系；模型的求解过程中发现：以无限高方势阱为边界条件，用量子力学中的传播函数可以精确地描述高分子短链的末端距分布，并且通过传播函数的组合性质，可以研究星型支化链中任意两臂的末端距分布；最后的理论推导结果表明：支化点的位置变化决定了驱动蛋白整个分子链的构象，这与实验室得到的结果一致。 2．本文从理论上推导出线性场下高分子链末端距分布函数，并通过Monte Carlo模拟发现：在线性场下，高分子理想链和真实链的均方末端距＜R2＞与链长N仍然满足特定的指数关系：＜R2＞～N2ν，临界指数ν依然存在：而数值计算的结果表明：在0.2到0.8之间选取两个斜率相差较大的线性场，则分别位于这两个势场中高分子链的尺寸将有明显的差异，这为不对称锯齿型势场下分子马达定向运动机制提供了理论支持；最后本文通过对临界指数ν与线性场强度的关系研究后发现：线性场对高分子链尺寸的影响等价于高分子链所处空间维数的改变。 3．不对称锯齿型势场下，高分子链构象分布的研究为驱动蛋白的运动机制提供了一个可供解释的高分子模型。研究表明：在该势场下一端固定的高分子链的另一自由端在空间上呈现明显的不对称性分布，这说明高分子链在不对称的锯齿型势场下能产生一个定向的几率流，在这种情况下，热力学第二定律受到限制；其机理为：不对称势场本身的尺寸和高分子的尺寸处于同一水平，导致高分子的链段在不对称势场中变得显著，基于宏观统计理论的热力学第二定律在微观意义下受到限制，无规到有序转变成为可能；本文通过数值模拟证明了上述的定向运动机理：当高分子链的链段尺寸相对不对称势场的尺寸而言处于某特定范围时，其随机行走链在不对称势场下能够转化为定向梯跳运动，其运动轨迹与实验室观察到的驱动蛋白的运动轨迹相似。 通过本文的研究，我们发现：要建立一个类似分子马达定向运动的高分子模型，需要具备两个主要的条件：1)不对称性势场的存在2)不对称势场的尺度与高分子的尺寸需处于相近数量级上。