键合直链与螺旋鞭毛丝形成超低密度玻璃态

我们研究了刚性丝的三维形状如何决定缠结半稀布朗悬浮液的微观动力学与宏观流变学。为控制丝的形状，我们使用细菌鞭毛，其为由鞭毛蛋白单体组装而成的微米长螺旋。我们比较了直棒、螺旋丝以及由无缝连接的直链与螺旋段构成的形状二嵌段共聚物的动力学。被邻近丝笼困的直棒优先沿其长轴扩散，但表现出显著受抑的旋转扩散。缠结的螺旋丝通过在其他丝形成的密集障碍中做螺旋运动而逃离其约束管。相比之下，棒-螺旋形状二嵌段的邻接段同时抑制平动与螺旋运动动力学，使得形状二嵌段在极低密度下即永久堵塞。我们还测量了半稀悬浮液的流变性质，并将其力学性质与组成丝的微观动力学相关联。特别地，流变学表明，棒-螺旋共聚物的缠结悬浮液形成一种低密度玻璃态，其弹性模量可通过考虑剪切变形如何减少受限丝的熵自由度来估算。我们的结果表明，刚性丝的三维形状可用于设计半稀纤维悬浮液的流变性质。