用于流动整流的体外活体系统
流体动力学
2022-10-27 v1
摘要
微小但有限的流体惯性可被利用，通过液体在浸没界面附近的振动来产生定常流动。在工程领域，外部高频驱动器（10-10 Hz）使得这种被称为粘性流动的惯性整流现象能够应用于微米级器件，以实现精确的流动控制、粒子操控和空间可控的化学反应。然而，在人工设置之外，更大尺度的生物系统也可能在较低频率下产生流动。于是，尺寸为毫米级的细菌或幼虫在 1-10 Hz 范围内摆动纤毛和附肢，可能能够内源性整流周围流动，以进行摄食或运动，从而无需外部执行器、系绳或管道。为支持这一假设，本文展示了一个能够内源性、自主且无辅助地产生流动的体外活体系统。在计算指导下，我们的生物器件通过环形工程肌肉组织的周期性收缩产生振荡流动，该组织悬浮于微型粒子图像测速（Micro-Particle Image Velocimetry）装置的流体中以供分析。在低频肌肉收缩（2-4 Hz）下，无论是自发还是光诱导，均观察到了与流动模拟一致的流型，分别说明了系统的自主性和可控性。因此，本工作为无系绳毫米级活体系统中生物驱动的流动提供了实验证据，展示了生物混合技术在基础与应用流体力学中的效用。
引用
@article{arxiv.2210.14479,
title = {An in vitro living system for flow rectification},
author = {Zhi Dou and Liu Hong and Zhengwei Li and Fan Kiat Chan and Yashraj Bhosale and Onur Aydin and Gabriel Juarez and M. Taher A. Saif and Leonardo P. Chamorro and Mattia Gazzola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.14479},
year = {2022}
}