Self-assembly in Lyotropic Chromonic Liquid Crystals
我们已经开发了一类理想化的有色分子的模型，这些有色分子在水中是可混溶的，但是它们可以形成聚集体，这些聚集体又组织成溶致液晶（LC）相。本文用蒙特卡罗模拟方法研究了水分子和模型色分子的浓度和分子形状对中间相性质的影响。我们还计算了自由能与形成的有色柱状聚集伞采样。我们的自由能计算帮助我们验证等键行为，这是显色系统的特点。对于等键行为，每个有色分子的柱状聚集体的加入伴随着一个恒定的自由能增量和净自由能随柱长度的增加而降低。
2001-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity and Viscosity of a Lyotropic Chromonic Nematic Studied with Dynamic Light Scattering
利用动态光散射技术，我们首次测量了自组装溶致发色液晶中液晶相的温度依赖性弹性模量和取向粘度系数。弯曲模量K3和张开模量K1比扭转常数K2高一个数量级。比率K3/K1显示出随温度的异常增加;我们将其归因于随着温度的增加聚集体的缩短。粘度系数也显示出显着的各向异性，以及强烈的温度依赖性，特别是，弯曲粘度是三个数量级小于展曲和扭曲粘度。
2008-07-16 cond-mat.soft
Toroidal nuclei of columnar lyotropic chromonic liquid crystals coexisting with isotropic phase
从各向同性状态出现的有序材料的核通常表现出拓扑学上等同于球体的形状;众所周知的例子是晶体和微液晶液滴。在这项工作中，我们从实验和理论上探讨了柱状溶致变色液晶的核与各向同性相共存的环形形状。环形的几何形状强烈地依赖于分子浓度和拥挤剂聚乙二醇的存在。高浓度会产生中心孔较小的厚环，而低浓度会产生孔较宽的薄环。弯曲弹性和各向异性界面张力的平衡解释了所观察到的形状的众多。
2022-08-08 cond-mat.soft
Ionic content dependence of viscoelasticity of lyotropic chromonic liquid crystal sunset yellow
溶致发色液晶（LCLC）是由带电有机分子在水中自组装聚集体制成的取向有序系统，通过弱非共价吸引力结合并通过静电排斥稳定。我们确定如何的离子含量的LCLC，即存在的一价和二价盐和pH值增强剂，改变粘弹性的LCLC。使用具有单轴双有序的染料日落黄的水溶液作为实例。通过施加磁场来施加取向变形，我们测量了作为添加剂浓度的函数的张开$K_1$、扭曲$K_2$和弯曲$K_3$弹性常数和旋转粘度$γ_1$。数据表明，粘弹性参数的影响，由离子含量在戏剧性和多方面的。例如，一价盐NaCl降低$K_3$和$K_2$并增加$γ_1$，而升高的pH降低所有参数。我们将这些特征归因于离子诱导的LCLC的结构单元的长度和柔性的变化，发色聚集体，在由固定长度的共价结合单元形成的常规热致和溶致液晶中未发现的性质。
2014-10-10 cond-mat.soft
Time dependent lyotropic chromonic textures in PDMS-based microfluidic confinements
溶致变色液晶（LCLC）的向列相和柱状相由于其在材料科学和医学诊断中的基础性和应用前景而被长期研究。LCLC相代表盘形分子的不同自组装状态，通过非共价相互作用保持在一起，导致高度敏感的浓度和温度依赖性。然而，微观尺度的见解限制液晶显示器，特别是在限制几何形状和表面特性的背景下，缺乏。在这里，我们报告的出现时间依赖性纹理的静态二钠色甘酸（DSCG）的解决方案，局限于基于PDMS的微流体设备。我们使用软光刻，表面表征和偏振光学成像的组合，以产生和分析的约束诱导的LCLC纹理，并证明，随着时间的推移，人字形和球晶纹理出现由于自发的的N（N）到柱状M-相变，从LCLC-PDMS界面传播到LCLC体。通过改变限制几何形状，锚定条件和初始DSCG浓度，我们可以系统地调整的N到M-相变的时间动态和纹理行为的限制LCLC。由于静态分子状态注册LC流的初始条件，时间依赖性的边界和散装条件在这里报告表明，当地的表面介导的动力学可能是中央在理解LCLC流，反过来，这种多功能材料的相关传输特性。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Photothermal tuning of microparticle diffusion anisotropy in nematic lyotropic chromonic liquid crystal
Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）
本研究提出一种光热方法，通过切换照射光谱调控溶致色原液晶中微颗粒的扩散各向异性，实现各向异性比从3.0提升至5.5，为光控微流体分选和软物质组装提供了新方案。
2026-08-28 cond-mat.soft
Magnetically controlled double-twist director configuration of lyotropic chromonic liquid crystals in cylinders: Energetics, topological defects, and instability
本研究结合实验与指向矢场模型，考察圆柱受限LCLC的双扭曲构型在轴向磁场下的能量转变、拓扑缺陷及超临界场对称性破缺，并提出环形向错与偏心DT模型。
2025-07-28 cond-mat.soft
Aggregation Phenomena in Lyotropic Chromonic Liquid Crystals
本文研究了溶致变色液晶中分子浓度变化和加入凝聚剂时的聚集现象。利用性质的临界点的Oseen-Frank能量的一种液晶，结合的几何约束的六角柱状有色相，我们表明，最小的总能量是拓扑等价的环面，在协议与现有的实验证据有色液晶和DNA凝聚物，在病毒衣壳以及在自由溶液中。我们模拟的系统作为双相，液晶分子和水组成，并假定总能量的总和的Flory-Huggins能量的混合在一起的弯曲和表面张力的液晶的贡献。两种类型的问题被认为是，一个有关找到一个环面的最佳形状，一旦发生相分离，和第二个模型的条件导致分子聚集。这项工作遵循最近的实验调查，但没有解决观察到的环形核的拓扑性质，并专注于如何液晶顺序与聚集现象的竞争。
2023-02-09 cond-mat.soft math.OC
Solvent isotopic effect on the phase transition of lyotropic chromonic liquid crystals: Heavy water makes mesogens less charged
本研究通过相变温度、X射线散射和²³Na FT-NMR测量发现，D₂O替代H₂O会增强DSCG溶致色晶液晶的向列相稳定性，原因是更多Na⁺结合使聚集体电荷降低、静电排斥减弱。
2024-09-08 cond-mat.soft
Shear-induced polydomain structures of nematic lyotropic chromonic liquid crystal disodium cromoglycate
溶致发色液晶（LCLC）代表形成圆柱形聚集体的有机盘状分子的水分散体。尽管人们对这些材料的兴趣越来越大，但对其流动行为的了解却很少。在这里，我们探讨了剪切力对由14wt%色甘酸二钠（DSCG）的${\%}$水分散体形成的CCLC的动态结构的影响。我们采用原位偏光显微镜（POM）和小角度和广角X射线散射（SAXS/WAXS），以获得独立和互补的信息在很宽的剪切速率范围内的导演结构。DSCG的剪切变稀行为表现为两个剪切变稀区域（区域I在$\dotγ<1\,s^{-1}$和区域III在$\dotγ>10 s^{-1}$）分开的伪牛顿区域II（$1 s^{-1}<\dotγ<10 s^{-1}$）。材料为滚揉型。在区域I（$\dotγ<1 s^{-1}$）中，指向矢沿涡度轴重新排列。$\dotγ$增加到高于$1 s^{-1}$触发向错环的成核。向错引入了偏离涡度方向的指向矢，形成了多畴结构。随着剪切速率增加到$10 s^{-1}$，区域沿流动和涡度方向的延伸减小。高于$10 s^{-1}$，结构域开始沿着流动伸长。在$\dotγ>100 s^{-1}$处，纹理演变成周期性条纹，其中指向矢主要沿着具有左右倾斜的流。条纹的周期随着$\dotγ$的增加而减小。剪切引起的转变解释的弹性和粘性能量的平衡。特别是，成核的向错是与弹性能量的增加在不同的导演倾斜分离非奇异域的墙壁。
2020-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structure and Nonlinear Index of Refraction of Sunset Yellow Lyotropic Chromonic Liquid Crystal in the Isotropic and Nematic Phases
研究日落黄染料在各向同性和向列相中的非线性折射率，揭示其与分子电子和重取向过程的关系。
2025-12-15 cond-mat.soft
A geometric method to determine chromonics' planar anchoring strength
本研究针对色致型液晶平面锚定强度测定需求，提出一种基于薄盒内液滴平衡形状识别拟合的几何方法，可解释实验观测的棒状液滴并预测盘状、 tactoid 形等平衡形态，还发现小液滴的形状双稳态特性。
2023-10-05 cond-mat.soft
Elasticity-Dependent Self-assembly of Micro-Templated Chromonic Liquid Crystal Films
我们探索了在正方形晶格圆柱形微柱基底上形成的水性溶致变色液晶（LCLC）膜的微图案化指向矢结构。通过调节LCLC中间相和它们的弹性性质，经由干燥浓缩来操纵结构。向列型LCLC膜沿微柱晶格的对角线表现出优选的平行排列。柱状LCLC膜，从向列相干燥，形成两个不同的导演和缺陷配置：对角对齐的导演图案与局部正方形的缺陷，和非对角配置与锯齿形缺陷。这些状态的形成似乎与最初的薄膜的相对张开和弯曲自由能成本有关。所观察到的柱状和柱状配置的理解数值使用朗道-德Gennes自由能模型。在其他属性中，该工作提供了LC膜在柱状相和溶致LC膜中的准2D微图案化的第一个例子，并且它展示了通常难以通过体弹性特性对准的LCLC膜的对准和配置切换。
2014-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Paradoxes for Chromonic Liquid Crystal Droplets
有色液晶构成了一种新的溶致相，其弹性性质迄今为止已经在经典的Oseen-Frank理论中建模，只要扭曲常数被假设为比鞍展常数小得多，这违反了一个埃里克森不等式。本文表明，矛盾的后果，从这样的违反这些材料的液滴包围的各向同性流体。例如，具有退化平面锚定的类核体简单地无限分裂成无数较小的类核体。
2022-07-07 cond-mat.soft math-ph math.MP
Anisotropic Diffusion in Lyotropic Chromonic Liquid Crystal using Fluorescence Recovery After Photobleaching
Stanford University（斯坦福大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）
本研究通过FRAP技术揭示了向列型液晶中各向异性扩散的机制，发现分子相互作用与微观结构共同调控扩散行为。
2026-03-02 cond-mat.soft
Condensation of Self-assembled Lyotropic Chromonic Liquid Crystal Sunset Yellow in Aqueous Solutions Crowded with Polyethylene glycol and Doped with Salt
我们使用光学和荧光显微镜，密度计，低温透射电子显微镜（cryo-TEM），光谱学，和同步辐射X射线散射，研究的相行为的可逆自组装有色聚集体的阴离子染料日落黄（SSY）在水溶液中拥挤的电中性聚合物聚乙二醇（PEG）和掺杂的盐NaCl。PEG使各向同性SSY溶液凝聚成具有高浓度SSY聚集体的液晶区域，与富含PEG的各向同性（I）区域共存。加入到均相N相的PEG导致分离成共存的N和I结构域; N结构域中的SSY浓度高于无PEG的N相的初始浓度。最后，将PEG添加到高度浓缩的均匀N相中导致分离成共存的柱状六方（C）相和I相。这种行为可以定性地解释的耗尽（排除体积）的影响，作用在两个不同的水平：在从单体和短聚集体的聚集体组装的水平，并在聚集体间包装的水平。我们还显示了强烈的影响，一价盐NaCl的相图是不同的高浓度和低浓度的SSY。当加入盐时，SSY的稀I溶液显示出凝聚的N畴的外观，但是高度浓缩的C相转变为I和N畴共存。我们认为，盐对有色聚集体表面电荷的屏蔽导致了两种不同的效应：（a）聚集体的断裂能和轮廓长度增加;（b）SSY聚集体的持久长度减小。
2011-04-06 cond-mat.soft
Shape Bistability in Squeezed Chromonic Droplets
本文研究了在平行平板间挤压的有色液晶液滴在指向矢上的简并切向锚定。在共存制度，其中液滴中的α相与周围的熔体处于平衡，我们的二维理论模型预测的制度的形状双稳态足够大的双极液滴，其中tactoids（尖的形状）和discoids（光滑的形状）共存于平衡。目前尚未观察到这种现象。色甘酸二钠（DSCG）的二维液滴已经成为彻底的实验研究的对象[Y. K. Kim等人，J.物理学：康登斯Matter 25，404202（2013）]。我们表明，我们的理论是在良好的定量协议与这些数据，并从中提取什么承诺是一个更准确的估计各向同性表面张力在DSCG的结晶/熔体界面。
2021-03-27 cond-mat.soft
Spontaneous phase separation and pattern formation in a lyotropic nematic mixture
SUPA, School of Physics and Astronomy, Edinburgh University（苏格兰物理学和天文学超级学院，爱丁堡大学）
研究通过理论、模拟和实验揭示了Lyotropic向列相混合物中自发相分离与图案形成机制，发现取向-密度耦合和弹性毛细作用是指导自组装的关键因素。
2026-02-11 cond-mat.soft
Nematic Tactoid Population
Tactoids是在各向同性流体中的尖的、纺锤形的液晶液滴。它们长期以来被观察到存在于无机和有机向列相、热致相以及溶致胶体聚集体中。变分问题的最佳形状的确定一个可调液滴是艰巨的，只有在选定的类别的形状和导演领域的攻击。在这里，通过考虑一类新的双极液滴的可接受的解决方案，我们研究的流行率在人口中的所有平衡形状的每三个可能是最佳的（tactoids主要是其中）。我们展示了一种形状的流行是如何受液滴的体积$V_0$和鞍形张开常数$K_{24}$的材料的影响。特别是小$V_0$和小$K_{24}$（适当缩放）的Tactoids占优势。我们的形状（和指向矢场）与迄今为止所采用的形状（和指向矢场）完全不同，从而揭示了$K_{24}$的一个相当不同的作用。
2020-10-16 cond-mat.soft
Singular Twist Waves in Chromonic Liquid Crystals
针对色团液晶弹性能密度的四次方扭转特性，研究其非线性扭转波方程的光滑解有限时间破缺形成激波的现象，并给出精度经数值验证的临界时间解析估计。
2024-12-11 cond-mat.soft math-ph math.AP
An Elastic Quartic Twist Theory for Chromonic Liquid Crystals
有色液晶是一类溶致性材料，由于其对生命系统的适应性而引起人们越来越多的兴趣。为了描述它们的弹性性质，经典的Oseen-Frank理论需要非常小的扭转常数和（相对）大的鞍展常数，大到违反埃里克森不等式之一，这保证了Oseen-Frank存储能量密度在下面有界。虽然这种违反并不妨碍存在和稳定的平衡扭曲的问题与固定的几何约束，自由边界问题的液滴的研究揭示了一些矛盾的后果。最小化序列驱动的总能量为负无穷大已被构建采用不断增长的针形tactoids纳入一个发散的扭曲[物理。修订版E 106，044703（2022）]。为了克服这些困难，我们在这里提出了一个新的弹性理论，扩展了经典的Oseen-Frank存储能量的有色添加一个四次扭曲项。我们表明，在四次扭曲理论的液滴的总能量是有界的，因此，已知的悖论被排除。四次项在理论中引入了一个唯象长度$a$;这影响了限制在毛细管内的有色物质的平衡。使用已发表的实验数据，我们可以估计$a$。
2022-12-23 cond-mat.soft math-ph math.MP
Out-of-equilibrium modeling of lyotropic liquid crystals: from binary simulations to multi-component theory
本文提出基于GENERIC形式化方法的Lyotropic液态晶体非平衡态建模理论，通过数值模拟验证了多组分系统中液态晶体有序性与拓扑缺陷的实验一致性。
2025-12-01 cond-mat.soft math-ph math.MP
Splay-bend elastic inequalities shape tactoids, toroids, umbilics, and conic section walls in paraelectric, twist-bend, and ferroelectric nematics
本文揭示展曲与弯曲弹性常数之比K_11/K_33的变化决定向列相液晶中液滴形状转变、缺陷形变模式及铁电畴壁几何，并指出单常数近似无法描述这些效应。
2024-03-16 cond-mat.soft
A Review on Phenomenological Models for Chromonic Liquid Crystals
本文综述色致液晶的唯象理论建模研究，介绍了含四次扭曲项的新型弹性理论以解决经典理论的数学问题，还涵盖二维液滴模型及相关界面参数估算方法。
2025-09-03 cond-mat.soft
Depletant-DNA Induces Chirality in the Condensed Domains of Lyotropic Liquid Crystals
University of Arkansas（阿肯色大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
该研究发现DNA可作为高效耗尽剂，诱导DSCG液晶发生相凝聚与手性转移，还能通过诱导相转变提供检测扩增后DNA的快速光学方法。
2026-08-11 cond-mat.soft
Spatio-temporal programming of lyotropic phase transition in nanoporous microfluidic confinements
本研究以溶致色团液晶为模型，在纳米多孔微流控限域中通过PDMS表面选择性渗透驱动相变，结合润湿性、表体比等调控实现溶致相变的时空编程，并用于微载物输运，为生物材料组装提供新范式。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Bend Instabilities and Topological Turbulence in Shear-Aligned Living Liquid Crystal
研究剪切对齐活体液晶中的弯曲不稳定性与拓扑湍流，揭示主动力与被动基底对活性物质动力学的影响。
2025-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active colloids in liquid crystals
液晶中的活性胶体（ACLC）是一种活性物质，与当弛豫到平衡态时变为各向同性的活性物质相比，其具有性质上新的行为方面。我们讨论了两类ACLC：（i）外部驱动ACLC，其中胶体颗粒的运动由外部施加的电场提供动力，以及（ii）内部驱动ACLC，由自推进颗粒如细菌形成。液晶（LC）介质在第一种情况下是热致型的，在第二种情况下是溶致型的（水基的）。在没有外场和自推进粒子的情况下，ACLC是不活跃的，平衡LC状态表现出长程取向有序。外部电场使类型（i）的ACLC经历平移、旋转和轨道运动，由诸如LC使能的电动力学、昆克旋转和在LC阶缺陷处的捕获的机制提供动力。一个稠密的Quincke旋转体系统，沿着圆形近晶缺陷轨道运行，当它们的活动增加时，会过渡到集体相干轨道。类型（ii）的内部驱动的ACLC的实例是活的液晶，其代表置于另外的被动溶致发色LC中的游动细菌。LC强烈影响细菌行为的许多方面，最显著的是通过塑造它们的轨迹。随着细菌浓度及其活性的增加，活液晶的取向顺序经历两个阶段的不稳定性：首先，均匀稳定的平衡指向矢被周期性的弯曲变形所取代，然后，在较高的活性下，成对的正向错和负向错成核、分离并在拓扑湍流的动态模式中湮灭。ACLC与其各向同性对应物形成对比。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Directional Swimming of B. Subtilis Bacteria Near a Switchable Polar Surface
本研究探究枯草芽孢杆菌在铁电向列液晶表面附近的游泳行为，发现细菌沿与自发极化反平行的方向运动，速度不受极性层影响，且不被固定，为体内引导细菌运动提供新途径。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Synthetic active liquid crystals powered by acoustic waves
本文提出了一种由超声驱动的全合成活性向列相系统，解决了传统生物活性材料的降解与变异性问题，实现了稳定且可快速调控的微观拉伸应力、活性湍流及拓扑缺陷动力学，为可重构微流控系统奠定了基础。
2024-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Birth and Death of One-dimensional Domains in Cylindrically Confined Liquid Crystals
向列相液晶是一种部分有序的物质，是研究凝聚态物质中各种拓扑行为的常用模型体系。在这项工作中，利用自发扭曲的非手性LC，我们引入了一个一维（1D）模型系统来研究域和拓扑缺陷如何产生和湮灭，回忆Kibble-Zurek机制。由于不寻常的弹性性质，溶致发色LC在具有简并平面锚定的圆柱形毛细管中形成双扭转结构，尽管不存在固有手性，但表现出手征对称性断裂。因此，不同手性的区域以相等的概率共存，形成它们之间的拓扑缺陷。我们实验测量的域长度分布和它的时间演化，最适合由三参数对数正态分布。我们建议，在一个训练的一维域具有正常的长度分布和随机分配的旋向的合并，可能会导致域的对数正态样的长度分布。我们的圆柱形限制的LC提供了一个实用的模型系统，以研究在一维畴和缺陷的形成和湮灭。
2022-11-01 cond-mat.soft
Anisotropic disclination cores in nematic liquid crystals modelled by a self consistent molecular field theory
本文用自洽分子场论研究了双折射液晶的向错组态。该理论是基于张量序参量，并可以容纳各向异性的弹性能量没有已知的分歧，在Landau-de Gennes制定。我们的研究结果与Dzyaloshinsky的Frank-Oseen能量和远离缺陷核心的渐近结果一致，但在距离核心的中间距离处显示双轴有序，在接近核心时，交叉到单轴但各向同性的配置。在我们的能量中考虑的弹性项允许单独控制的表面张力，锚定，和弹性对比度，并用于分析最近的结果溶致变色液晶。后者显示异常大的缺陷核心（在几十微米的顺序），可用于定量比较与理论。我们的计算很好地再现了这两种$\pm 1/2$向错组态。弹性各向异性也被证明会导致向错极化的质的变化，该量与活性物质模型中的活性应力成比例。
2020-06-25 cond-mat.soft
Continuous rotation of achiral nematic liquid crystal droplets driven by heat flux
胆甾型（手性向列型）液晶的悬浮液滴在存在热通量的情况下由于温度梯度而自发旋转，这种现象称为莱曼效应。到目前为止，还不清楚这种效应是由于相位和分子的手征性还是仅仅由于指向矢场的手征性。在这里，我们报告的连续旋转的温度梯度的溶致变色液晶具有扭曲的双极配置的微滴。分子组分的非手性性质导致自发扭曲的随机手性，导致在两种意义上旋转的液滴共存，其速度与温度梯度成正比，与液滴半径成反比。这一结果表明，指向矢场的宏观扭曲足以引起液滴的旋转，并且相和分子不需要是手性的。这表明，人们也可以解释莱曼旋转胆甾相液晶，而不引入莱斯利热机械耦合-只存在于手性中间相。根据Akopyan和Zeldovich理论的热力学效应在向列相的解释提出和讨论。
2016-06-30 cond-mat.soft
Confinement twists achiral liquid crystals and causes chiral liquid crystals to twist in the opposite handedness: Cases in and around sessile droplets
本研究通过实验和理论模型，揭示了受限液晶中弹性各向异性与拓扑缺陷导致的手性对称性破缺及亚稳相反手性扭曲，为利用大弹性各向异性液晶创造和控制手性结构提供了新途径。
2023-12-22 cond-mat.soft
Retrieving the saddle-splay elastic constant $K_{24}$ of nematic liquid crystals from an algebraic approach
光干涉实验的物理学对于向列相液晶来说是成熟的。使用众所周知的技术，它是可能的，以获得重要的数量，如微分散射截面和鞍展弹性常数$K_{24}$。然而，通常的方法来检索后者涉及到调整的计算参数，通过视觉之间的比较实验光干涉图案或$^{2}H-NMR$的光谱图案产生的逃逸径向向错，和他们的计算模拟对应。为了避免这样的比较，我们发展了一种代数方法获得鞍展弹性常数$K_{24}$。考虑到逃逸径向向错内的毛细管半径$R_{0}$的几十微米，我们使用度量的方法来研究光的传播（在标量波近似），靠近管的表面，并确定由于缺陷的光干涉图案。后者负责与唯一角度$ϕ_{0}$相关的明确定义的干涉峰的存在。由于这个角度取决于因素，如折射率，曲率弹性常数，锚定制度，表面锚定强度和半径$R_{0}$，测量$ϕ_{0}$从干涉实验涉及两个不同的半径允许我们代数检索$K_{24}$。我们的方法使我们能够给第一个报告的估计$K_{24}$的溶致变色液晶日落黄FCF：$K_{24}=2.1\ pN$。
2016-08-24 cond-mat.soft
Frustrated run and tumble of swimming E-coli bacteria in nematic liquid crystals
在许多情况下，细菌在复杂的环境中移动，例如在土壤，海洋或人类肠道微生物组中。在这些自然环境中，载液如粘液或生殖液显示出与非牛顿流变学相关的复杂结构。由于自然环境的固有复杂性，关于在这种环境中航行的能力的许多基本问题仍然没有解决。近年来，游动细菌与液晶的相互作用引起了人们的广泛关注。在这些结构化流体中，细菌运动的动力学受到液晶（或指向矢场）的取向分子顺序的约束，并且新颖的时空图案产生于这种取向约束以及与拓扑缺陷的相互作用。到目前为止，一个尚未解决的问题是细菌如何能够在这样的环境中改变游泳方向。本文研究了单个细菌E.大肠杆菌，被限制为沿着局限于平面单元的溶致发色液晶（LCLC）的指向矢场移动。在这样的环境中，细菌自发的奔跑和翻滚运动受到阻碍：液晶的弹性阻止鞭毛散开。有趣的是，为了改变方向，细菌沿着指向矢场执行反向运动，由单个鞭毛重新定位到细菌身体的另一侧驱动，被称为受挫翻滚。我们利用双色拉格朗日跟踪技术获得的游泳过程中细菌和鞭毛动态的特殊空间和时间分辨率，对这种现象进行了详细的实验表征。我们提出了一个可能的机制背后的挫折运行和翻滚运动，占这些意见。
2022-06-21 cond-mat.soft
