大分子溶液中活性液滴的推进模式切换

生物游体所遇到的典型体液与环境流体包含蛋白质与聚合物等溶解的大分子，常使其呈现非牛顿特性。为模拟此类情景，我们研究了游泳液滴在掺有聚合物作为大分子溶质的周围环境中的运动。活性液滴模拟了多种生物游体的基本推进特征，并作为理想模型系统以拓宽对其运动策略的理解。我们的实验揭示了液滴运动对环境介质中大分子溶质存在的极端敏感性。通过对液滴周围自生成化学场的原位可视化，我们报道了在高分子量聚合物溶质或大分子存在下填充胶束出乎意料的高扩散率。这归因于Stokes-Einstein关系因胶束与大分子溶质间显著尺寸差异而难以准确预测胶束扩散率。随着聚合物浓度增加，粒子图像测速揭示了一种模式切换，从传统的推式（pusher）模式转变为拉式（puller）推进模式，其特征为更持久的液滴运动。随着浓度进一步增加，发生从平滑到抖动推进模式的二次转变。我们提出了一种鲁棒的Peclet数框架，成功捕捉了所观察到的活性液滴模式切换。我们的实验揭示了一种通过向环境介质中掺入合适大分子来调控活性液滴推进复杂转变的新途径。