稳定胶原纤维的多态性

胶原纤维是多功能的自组装结构，为哺乳动物组织提供机械完整性。胶原纤维的半径因体外实验条件或体内解剖位置不同而差异很大。本文探讨可用的热力学稳定纤维构型的多样性。我们采用具有双扭指向场的径向胶原纤维结构的液晶模型。通过数值松弛方法，我们表明两个无量纲参数——鞍展与扭曲弹性常数之比 $k_{24}/K_{22}$ 以及表面张力与手性强度之比 $\hat{\gamma} \equiv \gamma/(K_{22}q)$——在很大程度上决定了平衡纤维的缩放半径及相应的表面扭曲。我们发现仅当约化表面张力较小时，即 $\hat{\gamma} \lesssim 0.2$，胶原纤维才相对于胆甾相为稳定相。在此稳定区间内，胶原纤维可具有广泛的半径及相应的表面扭曲范围。值得注意的是，我们发现最大平衡表面扭曲为 $0.33$ rad ($19^{\text{o}}$)。我们的结果与角膜胶原纤维相符，并表明需要大的表面扭曲来解释角膜纤维半径的窄分布。反之，我们表明在半径显著多分散的情况下，肌腱纤维的热力学稳定性需要小的表面扭曲。