测量线虫推进功率的装置

在流体动力学视频中，我们展示了一种用于测量线虫推进功率的微流控装置。该装置由一个充满水溶液的锥形管道组成。管道受到直流电场作用，负极位于窄端，并受到从窄端引出的压力驱动流。线虫从管道的宽端插入。在电场引导下（通过趋电性），线虫有目的地逆流游向直流电场的负极。随着管道变窄，平均流体速度和线虫所受的拖曳力增加。最终，线虫到达一个平衡位置，在该位置其推进力与逆流引起的粘性拖曳力相平衡。测量了不同体长相近的动物的平衡位置随流速的变化。通过以实验成像的步态和锥形管道几何形状作为边界条件的直接数值模拟，获得了线虫周围的流场。游动线虫产生的流场类似于由两对反向旋转转子诱导的流场。通过找到线虫身体所受总力的水平分量为零的位置，确定了不同流速下的平衡位置。将理论预测的平衡位置与实验数据进行了比较，结果吻合良好。线虫的推进功率通过对线虫体表的速度和总应力的乘积进行积分来计算。该装置可用于将线虫几乎固定在某个位置，以便在显微镜下长时间观察活跃的动物，使线虫持续运动，并根据平衡位置处管道的宽度估算线虫的功耗。