纳米尺度螺旋粒子的受控推进与分离
流体动力学
2017-01-31 v2 软凝聚态物质
生物物理
计算物理
摘要
在流体环境中控制纳米和微米尺度物体的运动，是设计执行机械任务（如细胞中药物或遗传物质的传输、加速化学反应的流体混合以及微流控芯片中的货物输运）的优化微型机器的关键因素。不对称粒子的平移和旋转运动的耦合使得定向运动成为可能。在纳米尺度实现定向和受控运动的一个当前挑战在于克服流体中热波动导致的随机布朗运动。我们使用一种具有完整流体动力学相互作用和热波动的混合格子-玻尔兹曼分子动力学方法，证明在水环境中单个纳米螺旋的受控推进是可能的。我们优化了外部驱动纳米螺旋的推进速度和效率。我们通过计算不同形状、圈数和螺距长度的螺旋的佩克莱特数，量化了热效应对定向运动的重要性。与实验微观尺度手性物体分离一致，我们的结果表明在佩克莱特数 的热波动存在下，手性粒子根据其手性和施加扭矩的方向遵循传播方向，使得在纳米尺度上手性粒子的分离成为可能。我们的结果为纳米尺度螺旋机器的设计和控制提供了准则。
引用
@article{arxiv.1605.00768,
title = {Controlled propulsion and separation of helical particles at the nanoscale},
author = {Maria Michiko T. Alcanzare and Vaibhav Thakore and Santtu T. T. Ollila and Mikko Karttunen and Tapio Ala-Nissila},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.00768},
year = {2017}
}