液晶中细菌的游泳受限聚集

聚集和碎裂过程在工程和自然界中普遍存在。在这里，我们研究了高度各向异性环境中运动细菌活性系统中的一种独特胶体聚集机制。具体来说，我们研究了在向列相液晶的一维限制内游动的大肠杆菌，并观察到细菌沿向列方向游动的长寿命链。关键在于，我们发现更长的链游动得更快，这与预测游动速度与链长无关的基本力平衡模型明显矛盾，因为链应该以其各个组成部分的平均速度游动。这种表面上的差异通过认识到链不是随机形成，而是由于细菌之间的相对速度而自组织形成的，从而得到解决。为了阐明这种活性聚集过程背后的物理机制，我们将我们的实验结果与最近邻聚集的最小模型以及活性粒子在一维中聚集的基于主体的模拟相结合。与实验观察一致，我们的基于主体的模拟揭示了动态自组装活性粒子链的长度和速度之间的正相关性，这种相关性取决于个体速度分布的方差，并随时间减弱。总之，我们的实验和理论模型表明了一个独特的游泳受限聚集机制，其演化受到活性剂内在速度分布的限制，为细菌自组织提供了新的见解。