协同效应增强分子蜘蛛团队的输运性质

分子蜘蛛是基于 DNA 纳米技术的合成分子马达。虽然天然分子马达已进化出极高的效率，但为人造分子马达开发高效设计仍是一项重大挑战。受生物马达蛋白（如驱动蛋白和肌球蛋白）的启发，分子蜘蛛由一个主体和几条腿组成。这些腿在涂有可催化裂解底物的晶格上行走。我们提出了一种新型分子蜘蛛设计，其中 n 只蜘蛛组成一个团队。我们的理论研究表明，将多只蜘蛛耦合在一起会显著改变所得团队的动力学。尽管蜘蛛在扩散占主导的尺度上运行，但蜘蛛团队可被调节至表现出近乎弹道式的行为，从而实现快速且可预测的运动。基于底物停留时间与产物停留时间的时间尺度分离，我们开发了一种利用等价类对微观状态空间进行粗粒化的理论。此外，通过将 n-蜘蛛团队映射为受限晶格上的 n 维随机游走者，我们计算了蜘蛛团队的扩散系数。我们通过蒙特卡洛模拟验证了这些结果，并预测了使分子蜘蛛团队运动最具方向性和最大可预测性的最优架构参数。