纤毛接触相互作用主导游动真核细胞的表面散射

游动细胞与表面之间的相互作用对许多微生物过程至关重要，从细菌生物膜形成到人类受精。然而，尽管它们具有根本重要性，但关于鞭毛或纤毛细胞从固体表面散射的物理机制所知相对较少。对这些相互作用的更详细理解不仅有望带来对鞭毛和纤毛结构与动力学的新生物学见解，还可能带来控制细胞运动和微生物游动的新微流控技术，其潜在应用范围从诊断工具到治疗性蛋白质合成和光合生物燃料生产。由于生理学和游动策略的根本差异，最近针对推流型微游动者（如细菌和精子细胞）展示的微流控输运和整流方案能否转移到拉流型藻类和其他游动真核细胞，仍是一个悬而未决的问题，因为尚不清楚长程流体动力学力还是短程机械力主导这些微生物的表面相互作用。在这里，利用高速显微成像，我们提供了直接实验证据，表明哺乳动物精子细胞和单细胞绿藻的表面散射主要由直接的纤毛接触相互作用主导。基于这一见解，我们预测并通过实验验证了存在最优微流控棘轮，可最大化初始均匀的莱茵衣藻悬浮液的整流效果。由于纤毛的机械弹性特性在真核物种中是保守的，我们预期我们的结果适用于广泛的游动微生物。