柔性生物聚合物壳层约束下持久丝状体的形态发生与自组织
软凝聚态物质
2021-07-12 v2 统计力学
计算物理
摘要
我们通过粗粒化分子动力学模拟，系统探究了半柔性聚合物在可变形球形约束中跨越宽泛链刚度、轮廓长度与堆积分数区间的自组装。柔顺的、类 DNA 丝状体被发现随着聚合物浓度增加，从两种截然不同的表面有序四极态（均以拓扑缺陷的四面体图案为特征）连续交叉过渡到纵向或纬向双极结构。这些转变及其所涉及的中间排列可归因于取向润湿现象与相应液晶相中弹性各向异性随密度和轮廓长度的微妙变化的结合。相反，刚性、类微管聚合物的组织表明，当链尺寸与包封膜的平衡半径相当时，连续弹性理论逐渐失效。在此情形下，我们观察到随着轮廓长度增加，从长椭球、类向列滴形态到扁椭球、类红细胞结构的逐渐偏移，这被证明源于向列序、聚合物与膜屈曲之间的相互作用。我们进一步提供了此类刚性非手性丝状体受限系统中若干尚未被识别的自组织态的数值证据，包括自发螺旋层状组装、多面体刻面与扭曲束状排列。我们的结果通过引入若干序参数及用于表面拓扑缺陷定位的无监督学习方案进行量化，并与场论预测以及细杆与球壳的经典弹性理论高度吻合。
引用
@article{arxiv.2107.02598,
title = {Morphogenesis and self-organization of persistent filaments confined within flexible biopolymeric shells},
author = {Maxime M. C. Tortora and Daniel Jost},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.02598},
year = {2021}
}