螺旋形成的微观路径：手性聚合物凝聚体中的堆积稳定化和粘性相互作用

螺旋并非聚合物塌缩的通用结果。具有各向同性吸引力的半柔性聚合物的塌缩构象通常形成球状、环状或棒状结构，这在模拟中可见，并由粗粒化的项链模型和表面张力模型描述。相比之下，在仅基于弯曲弹性和各向同性内聚力的最小理论中，螺旋构象通常不存在，因为此类描述缺乏选择扭转、螺距或周期性堆积的任何机制。在这里，我们确定了两种最小且物理上不同的路径，通过这些路径，螺旋可以在不涉及生化特异性的情况下变得稳定。路径(A)是几何和空间位阻的：将管状堆积（厚度）约束与通用吸引力相结合，选择具有有限半径和螺距的理想螺旋堆积。左手和右手螺旋在自由能上保持精确简并，因此即使没有显式的手性相互作用，手性也会自发出现。路径(B)是能量和相称的：单体之间由固定轮廓距离$m$分隔的周期性“粘性”吸引力强制了相互作用间距与链几何之间的配准。这种相称性通过使沿主链的重复接触成为可能来稳定螺旋态，自然地与经典的Gibbs-DiMarzio和Zimm-Bragg机制联系起来。对于这两种路径，我们推导了螺旋半径和螺距、曲率和弯曲能量、接触距离约束以及向环状和棒状形态转变条件的解析关系，这些关系用持久长度$L_p$、相互作用强度和链长$N$表示。该框架解释了为什么螺旋在聚合物塌缩中是非通用的，确定了其稳定所需的物理要素，并提供了关于螺旋和手性凝聚体何时应该出现的可检验预测。