通过动态负载控制评估细菌鞭毛马达的占空比

细菌鞭毛马达是自然界中最复杂精巧的纳米机械之一。占空比 $D$ 是定子与转子相互作用的时间占比，是表征该马达的基本属性，但尚待确定。已知马达的定子单元动态地结合与解离，以根据马达负载调控扭矩。在低负载下，当质子转运速度等动力学过程限制转速时，转速对定子单元数 $N$ 的依赖性可推断 $D$；$D$ 越小，该依赖性越大。已有相互矛盾、分别支持小 $D$ 与大 $D$ 的观测报道。一个困境在于：低负载下难以探索较宽的 $N$ 范围，因为在零负载下定子单元易解离，$N$ 仅限于一或两个。本文中，我们开发一种电旋转方法，以校准的扭矩大小动态控制沙门氏菌（Salmonella）鞭毛马达上的负载。通过瞬时降低负载以保持 $N$ 较高，我们观察到低负载下转速依赖于 $N$，意味着占空比很小。我们恢复了各马达的扭矩-转速曲线，并根据高负载扭矩与低负载转速间的相关性评估占空比为 $0.14 \pm 0.04$。