Janus 粒子在细菌悬浮液中的扩散：二级相变与反直觉的定向推进
生物物理
2017-05-02 v2 软凝聚态物质
细胞行为
摘要
通过发展细菌趋化的分子动力学模型，我们首次研究了考虑趋化效应的细菌悬浮液中的示踪粒子统计。我们证明，全包覆示踪粒子的非高斯统计源于非热细菌噪声。此外，Janus（半包覆）示踪粒子在低包覆浓度下执行一种复合随机行走，结合了幂律尾分布的 Lévy 飞行与布朗抖动，但在高包覆浓度下转变为增强定向传输（EDT）。与传统的自驱动粒子不同，随着包覆浓度增加，EDT 的方向反直觉地从沿示踪粒子取向反转到逆着示踪粒子取向。这两种转变均被确定为二级相变，其相边界在三相点相交。我们提出了揭示此类反常传输行为起源的理论模型。我们的发现揭示了外部刺激下活性物质的根本非平衡物理，并强调了不对称环境在调节生物系统传输过程中的关键作用。
引用
@article{arxiv.1702.04183,
title = {Diffusion of Janus Particles in Bacterial Suspensions: Second-Order Phase Transition and Counterintuitive Directional Propulsion},
author = {Zihan Huang and Pengyu Chen and Guolong Zhu and Yufei Cao and Li-Tang Yan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1702.04183},
year = {2017}
}