化学相互作用介导的活性胶体自组织

自驱动胶体粒子展现出丰富的非平衡现象，并在药物递送和自组装活性材料等领域具有广阔的应用前景。先前的实验和理论研究已表明，消耗或产生某种化学物质的化学活性胶体可根据有效的泳动相互作用自组织成具有不同特征的团簇。在本文中，我们研究了具有多种化学物种（经历一个反应网络）和多种胶体物种（参与不同反应）的系统中的自组织。由具有潜在非线性动力学的复杂化学反应驱动的活性胶体，可通过酶包覆粒子表面发生的酶促反应来实现。为了展示自组织行为如何依赖于活性胶体催化的化学反应及其化学环境，我们首先考虑单一类型胶体进行简单催化反应的情形，并将这一常被研究的案例与具有顺序反应的胶体二元混合物以及具有非线性自催化反应的二元混合物中的自组织进行比较。我们的结果表明，一般而言，在低粒子密度下，活性胶体在存在体相化学反应和泳动吸引时能够形成局域化团簇。然而，团簇的特征取决于体相和粒子上的反应动力学以及泳动系数。在仅发生表面反应的一种或两种化学物种情形下，可能实现的自组织空间是有限的。通过考虑化学反应网络中涉及胶体和流体中反应的额外系统参数，胶体自组织的设计空间得以扩大，从而产生多种非平衡结构。