取向受阻驱使各向异性粒子在液体迷宫中的增强扩散

纳米尺度物体在复杂、结构化环境中的传输在广泛的过程中起着关键作用，从细胞外空间的生物分子动力学到过滤器和催化剂等多孔材料中的传输。虽然反常扩散已被充分确立，但粒子各向异性如何支配几何约束下的传输仍不清楚。在这里，我们使用3D单粒子追踪来研究刚性一维碳纳米管在由相互连接的腔室和收缩构成的连续软物质网络中的扩散。传输是反常且反持久的，具有强烈的长度依赖性限制和捕获，这与受阻扩散一致。然而出乎意料的是，与孔介导传输的预期相反，从限制中逃逸对纳米管长度不敏感。尽管长度增加了十倍且捕获显著增强，逃逸时间仅增加了约1.4倍。单粒子取向追踪揭示了这种弱标度的起源。事实上，长纳米管，即长度与腔室尺寸相当的纳米管，在动态上与收缩对齐，实现了高效的、几何辅助的逃逸，抵消了增加的限制；而较短的纳米管需要扫描体积以找到其逃逸路径。这些结果揭示了一种对齐介导的传输机制，该机制将限制强度与逃逸动力学解耦，不同于孔介导的传输机制，为复杂环境中的各向异性扩散建立了一个定量框架。