柔性细丝在强压缩流中屈曲成螺旋形
流体动力学
2020-07-15 v1 软凝聚态物质
摘要
卷曲或螺旋形态的出现自然界中十分常见，从植物根系到 DNA 在病毒衣壳中的包装，以及在石油钻探过程等应用中皆是如此。在许多例子中，手性结构源于直纤维的屈曲，这些纤维具有内禀扭转或除压缩力外还施加了端力矩。在此，我们阐明了一种由无自由端的非手性直细丝在黏性流中输运形成规则螺旋形状的通用方式。通过结合使用微流控发散流中荧光标记的肌动蛋白细丝实验和两套不同的数值模拟，我们证明了螺旋形成的鲁棒性。我们进行了非线性稳定性分析，并解释了此类手性结构源于垂直平面屈曲模态的非线性相互作用，该效应仅需要强压缩流即可，与纤维的确切性质或流场类型无关。所揭示的形态转变的基本机制及对涌现构象的表征推进了我们对若干生物和工业过程的理解，也可被用于手性物体的受控微加工。
引用
@article{arxiv.1910.04558,
title = {Flexible filaments buckle into helicoidal shapes in strong compressional flows},
author = {Brato Chakrabarti and Yanan Liu and John LaGrone and Ricardo Cortez and Lisa Fauci and Olivia du Roure and David Saintillan and Anke Lindner},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.04558},
year = {2020}
}
备注
8 pages, 4 figures. Supplementary Information: 13 pages, 10 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1803.10979