活性诱导的囊泡推进

靶向药物递送等现代生物医学应用需要一种超越被动布朗扩散、具有增强传输能力的递送系统。本文提出一种浸没于黏性流体中囊泡的渗透推进机制。通过在囊泡内部维持稳态溶质梯度，产生溶剂（如水）穿过半透膜的渗流，进而推进囊泡。我们发展了该囊泡-溶质系统的理论模型，其中渗流由Darcy流描述。利用Stokes流的互易定理表明，囊泡外表面的渗流速度产生推力，该推力与流体动力学阻力平衡，使得囊泡上无净力。我们依据局限于囊泡内部的溶质浓度分布刻画了囊泡的运动能力。任何渗透溶质只要存在浓度梯度即可推进囊泡。本工作中，我们提出以活性布朗粒子（ABPs）作为溶质。为维持破缺对称性的浓度梯度，我们考虑具有空间变化游动速度的ABPs，以及性质恒定但受取向场影响的ABPs。特别地，表明在高活性下囊泡速度为 $\boldsymbol{U}\sim [K_\perp /(\eta_e\ell_m) ]\int \Pi_0^\mathrm{swim} \boldsymbol{n} d\Omega$，其中 $\Pi_0^\mathrm{swim}$ 为囊泡内表面薄积累边界层外侧的游动压强，$\boldsymbol{n}$ 为囊泡边界单位法向量，$K_\perp$ 为膜渗透率，$\eta_e$ 为溶剂黏度，$\ell_m$ 为膜厚度。