在集体运动中同时产生取向序与团簇的滑动丝状系统

活性物质由自驱动单元组成，展现出从生物到人工系统的迷人集体运动。在种类繁多的活性物质系统中，在分子马达草坪上运动、仅通过物理相互作用发生作用的重组生物丝，为理解生物运动性提供了基础试验平台。然而，迄今为止，运动性实验中有序模式的出现一直需要多丝碰撞、耗尽剂或结合分子。因此，在运动性实验中，碰撞期间诸如空间位阻效应而不含耗尽剂或结合剂的简单物理相互作用是否足以产生有序模式，仍不清楚。在本文中，我们构建了一个仅由驱动蛋白马达和微管组成的运动性实验，其中二元碰撞频率可在不使用耗尽剂或结合剂的情况下受控。通过控制空间位阻相互作用强度和微管密度，我们发现了不同状态：无序态、长程取向有序态、液-气样相分离态，以及它们之间的转变。我们发现，碰撞中交叉事件与对齐事件之间的平衡控制着从无序到全局有序态的转变，而过强的空间位阻效应导致相分离团簇。此外，实验中观测到的向列序全局转动所表现的宏观手性对称破缺，可归因于分子层面的手性。改变体积排斥强度的数值模拟重现了这些实验结果。而且，它揭示了从长程对齐到向列带再到聚集的转变。本研究可能为通过纯物理相互作用实现自驱动单元的动力学有序提供新见解。