多孔介质中细菌的跳跃与捕获
软凝聚态物质
2019-05-09 v1 无序系统与神经网络
介观与纳米尺度物理
统计力学
生物物理
摘要
多种过程——例如生物修复、生物施肥与微生物药物递送——依赖于细菌在无序三维（3D）多孔介质中的迁移。然而，由于典型 3D 介质的不透明性，孔尺度限制如何改变细菌运动能力尚属未知。因此，迁移模型十分有限且常采用特设假设。在此我们揭示，run-and-tumble 运动范式在多孔介质中被显著改变。通过直接可视化单个大肠杆菌，我们发现这些细胞在穿行孔隙空间时呈间歇性且瞬态地被捕获，并在长时间尺度上表现出扩散行为。捕获时长与陷阱间“跳跃”长度呈广分布，令人联想到多种其他无序系统中的输运；尽管如此，我们表明这些量可共同预测长时间细菌平动扩散系数。我们的工作从而提供了复杂介质中细菌运动能力的修正图像，并给出了预测细胞迁移的原理。
引用
@article{arxiv.1905.02839,
title = {Bacterial hopping and trapping in porous media},
author = {Tapomoy Bhattacharjee and Sujit S. Datta},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.02839},
year = {2019}
}