聚合物溶液中鞭毛细菌的运动性

人们普遍认为，许多鞭毛细菌的游动速度 $v$ 是水溶液中高分子量线性聚合物浓度 $c$ 的非单调函数，呈现出有峰值的 $v(c)$ 曲线。聚合物溶液中的孔隙被认为是其解释。对这一图像的量化导致了一个预测峰值 $v(c)$ 曲线的理论。利用表征运动性的新型高通量方法，我们测量了运动型大肠杆菌在不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 和聚蔗糖 (Ficoll) 溶液中，作为聚合物浓度函数的游动速度 $v$ 和细胞体旋转角频率 $\Omega$。我们发现，非单调的 $v(c)$ 曲线通常是由低分子量杂质造成的。通过透析纯化后，除最高分子量的 PVP 外，所有溶液的测量 $v(c)$ 和 $\Omega(c)$ 关系都可以用牛顿流体动力学详细描述。在最高分子量的 PVP 溶液中，有明确的证据表明存在非牛顿效应。计算表明，这是由于快速旋转的鞭毛“感知”到的粘度低于细胞体，因此鞭毛可被视为纳米流变仪，用于在分子尺度上探测高聚物溶液的非牛顿行为。