电扩散泳下的趋化现象
软凝聚态物质
2024-04-12 v1 统计力学
摘要
由溶解物质梯度引起的扩散泳运动实现了对胶体颗粒在数百微米大范围内的操控。尽管如此，现有研究主要集中在具有由反应或选择性溶解产生的一维溶质梯度的简单几何构型上。因此，尽管三维扩散泳在细胞运输和纳米流体学等广泛场景中具有重要性，我们对其理解依然有限。本文提出了一种在电场下产生三维化学梯度的策略。在该方法中，电极上的法拉第反应引起全局 pH 梯度，通过电扩散泳驱动长程输运。同时，电场通过将颗粒的双电层驱动至远离平衡态而引起局部 pH 梯度。结果，全局 pH 梯度在远离电极处实现二维聚焦，而局部 pH 梯度则在第三维度上诱导聚集。由此产生的颗粒间相互作用对表面化学和颗粒尺寸表现出强烈的依赖性。此外，通过调节电场的电压和频率可以轻松调控 pH 梯度。在大 Péclet 数下，我们观察到类似趋化性的坍缩现象。值得注意的是，这种坍缩在没有颗粒表面反应的情况下发生。通过混合不同尺寸的颗粒，我们还通过实验和布朗动力学模拟证明了非互易相互作用的出现。这些发现为材料的动态组装和响应性物质的设计提供了广泛的可能性。
引用
@article{arxiv.2404.07874,
title = {Artificial Chemotaxis under Electrodiffusiophoresis},
author = {Carlos A. Silvera Batista and Kun Wang and Hannah Blake and Vivian Nwosu-Madueke and Sophie Marbach},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.07874},
year = {2024}
}