剪切稀化流体中细长生物丝的经验阻力理论

许多细胞利用鞭毛丝的弯曲或旋转在黏性流体中自主推进。虽然有适当的理论建模来捕捉简单牛顿流体中的鞭毛运动，但要在理论上解决其在复杂非线性流体（如黏液）中的运动需要庞大的计算。基于非牛顿流体中刚性杆运动的实验测量和经典Carreau流体模型，我们提出经典牛顿阻力理论的经验扩展，以模拟非牛顿流体中细丝的波动。通过假设鞭毛附近的流动为局部牛顿流体，我们提出一种自洽方法来估计流体中的典型剪切率，然后用于构建对牛顿局部阻力系数的修正因子。由此产生的非牛顿阻力理论虽然是经验的，但与牛顿极限和实验一致。然后我们使用我们的模型处理非牛顿流体中的波动运动，并显示由此产生的游动速度系统性降低——我们能够渐近捕捉并以物理方式解释这一结果。将模型应用于最近关于秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）在聚合物溶液中运动实验结果显示合理一致，从而捕捉了剪切稀化流体中游泳的主要物理。