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细菌在复杂流体中勇往直前的运动行为
2022/6/29 10:18:44    新闻来源:新葡集团3522仿真算法专业委员会

多年以来,通过让微型机器人进入人体循环系统,进而完成微手术、药物投递等功能一直是热门的科幻题材。然后不同于纯净水,人体循环系统中充斥着如血红蛋白等各种有机物,是很典型的复杂流体环境。关于细菌在这种环境中的运动行为,人们从上个世纪60年代开始进行了长期的持续而深入的研究,并发现了细菌在充斥着有机聚合物的溶液中反而运动的更快这一普遍存在然而却有悖于我们常理的现象。

最近,北京计算科学研究中心由徐辛亮教授领导的理论小组和美国明尼苏达大学Xiang Cheng教授实验组以及Lorraine Francis教授实验组通力合作,实现了对细菌在复杂流体环境中的运动行为的定量描述。通过对细菌身体和鞭毛连接部分的力学性质建立简单的物理模型,研究人员对流体相互作用与该连接部分的结构形态的关系、该连接部分结构形态与细菌运动的摇摆幅度的关系,以及细菌摇摆幅度与细菌向前运动速度的关系进行了研究。该模型在无可调参数的情况下完美的解释了实验在不同复杂流体溶液中所观察到的所有细菌运动结果,揭示了流体相互作用在影响细菌运动方面的核心作用。该研究特别指出,溶液中充斥的障碍物通过流体相互作用给予细菌一个有效力矩,反而减小了细菌的摇摆幅度,使得其在前进方向运动的速度更快,更加持续的向前运动。研究成果于最近在《自然》杂志成文发表

S. Kamdar, S. Shin, P. Leishangthem, L. Francis, X. L. Xu*, and X. Cheng*, "The colloidal nature of complex fluids enhances bacterial motility",  Nature  603, 819-823 (2022)

 

来源于:北京计算科学研究中心网

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