丝状蓝藻的结构力学

丝状蓝藻形成由相连细胞构成的长链，是地球上最早且最成功的生命形式之一。它们表现出自组织行为，在生物垫和叠层石等结构中形成大尺度图案。这些刚性结构的力学性质促成了它们的生物学成功，并对藻类生物燃料生产等应用十分重要。对于像这些蓝藻这样的活性聚合物，最重要的力学性质之一是弯曲模量，或抗弯刚度。在此，我们使用微流控流动装置量化了三种丝状蓝藻的弯曲刚度，其中单根丝状体被流体流动偏转。辅以通过纳米压痕测量的细胞壁杨氏模量以及细胞壁厚度。我们发现蓝藻的刚度可由柔性杆的简单模型很好地描述，大部分应力由刚性外壁承担。最后，我们将这些结果联系到这些蓝藻在滑行时自然呈现的弯曲形状，并量化了为维持该形状内部产生的力。这些测量可用于模拟丝状蓝藻之间或其与环境之间的相互作用，以及它们的集体行为如何由此类相互作用涌现。