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Conformational dynamics and phase behavior of lipid vesicles in a precisely controlled extensional flow.
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2019-11-25 , DOI: 10.1039/c9sm02048a Dinesh Kumar 1 , Channing M Richter , Charles M Schroeder
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2019-11-25 , DOI: 10.1039/c9sm02048a Dinesh Kumar 1 , Channing M Richter , Charles M Schroeder
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Lipid vesicles play a key role in fundamental biological processes. Despite recent progress, we lack a complete understanding of the non-equilibrium dynamics of vesicles due to challenges associated with long-time observation of shape fluctuations in strong flows. In this work, we present a flow-phase diagram for vesicle shape and conformational transitions in planar extensional flow using a Stokes trap, which enables control over the center-of-mass position of single or multiple vesicles in precisely defined flows [A. Shenoy, C. V. Rao and C. M. Schroeder, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2016, 113(15), 3976–3981]. In this way, we directly observe the non-equilibrium conformations of lipid vesicles as a function of reduced volume ν, capillary number Ca, and viscosity contrast λ. Our results show that vesicle dynamics in extensional flow are characterized by the emergence of three distinct shape transitions, including a tubular to symmetric dumbbell transition, a spheroid to asymmetric dumbbell transition, and quasi-spherical to ellipsoid transition. The experimental phase diagram is in good agreement with recent predictions from simulations [V. Narsimhan, A. P. Spann and E. S. Shaqfeh, J. Fluid Mech., 2014, 750, 144]. We further show that the phase boundary of vesicle shape transitions is independent of the viscosity contrast. Taken together, our results demonstrate the utility of the Stokes trap for the precise quantification of vesicle stretching dynamics in precisely defined flows.
中文翻译：
精确控制的伸展流中脂质囊泡的构象动力学和相行为。
脂质囊泡在基本生物学过程中起关键作用。尽管有最新进展，但由于长期观察强流中形状波动的挑战，我们对囊泡的非平衡动力学缺乏全面的了解。在这项工作中，我们展示了使用Stokes阱获得的平面扩展流中囊泡形状和构象转变的流相图，它可以控制精确定义的流中单个或多个囊泡的质心位置[A. Shenoy（CV Rao）和CM Schroeder（Proc。）Natl。学院 科学 美国，2016，113（15），3976–3981]。通过这种方式，我们直接观察到脂质小泡的非平衡构型与体积减小ν的关系，毛细管数Ca和粘度对比λ。我们的研究结果表明，在扩展流动中的囊泡动力学的特征是出现了三个不同的形状过渡，包括管状到对称哑铃形过渡，球体到非对称哑铃形过渡以及准球形到椭圆形过渡。实验阶段图与仿真[V. Narsimhan，AP Spann和ES Shaqfeh，J。Fluid Mech。，2014，750，144]。我们进一步表明，囊泡形状转变的相界与粘度对比无关。综上所述，我们的结果证明了Stokes捕集器在精确定义的流中对囊泡拉伸动力学进行精确定量的实用性。
更新日期：2019-11-25
中文翻译：
精确控制的伸展流中脂质囊泡的构象动力学和相行为。
脂质囊泡在基本生物学过程中起关键作用。尽管有最新进展，但由于长期观察强流中形状波动的挑战，我们对囊泡的非平衡动力学缺乏全面的了解。在这项工作中，我们展示了使用Stokes阱获得的平面扩展流中囊泡形状和构象转变的流相图，它可以控制精确定义的流中单个或多个囊泡的质心位置[A. Shenoy（CV Rao）和CM Schroeder（Proc。）Natl。学院 科学 美国，2016，113（15），3976–3981]。通过这种方式，我们直接观察到脂质小泡的非平衡构型与体积减小ν的关系，毛细管数Ca和粘度对比λ。我们的研究结果表明，在扩展流动中的囊泡动力学的特征是出现了三个不同的形状过渡，包括管状到对称哑铃形过渡，球体到非对称哑铃形过渡以及准球形到椭圆形过渡。实验阶段图与仿真[V. Narsimhan，AP Spann和ES Shaqfeh，J。Fluid Mech。，2014，750，144]。我们进一步表明，囊泡形状转变的相界与粘度对比无关。综上所述，我们的结果证明了Stokes捕集器在精确定义的流中对囊泡拉伸动力学进行精确定量的实用性。
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