利用光镊刺直接实验测量多体水动力学相互作用

多体水动力学相互作用（HIs）在流体悬浮液的动力学中发挥重要作用。虽然已广泛使用粒子模拟研究了多体HIs，但缺乏能够量化流体介导的多体相互作用的实验框架。为此，我们设计了一种实验方法，利用光镊刺对流体介导的致密体相互作用进行精确且可控的量化。通过诱导被囊在内的荧光标记颗粒之间的平移-旋转水动力耦合，我们在实验上获得了对少体至多体HIs的直接报告器。我们利用光镊刺的扭转自由特性，使对被囊颗粒之间信号的测量更为灵敏。首先，我们测量了静止探针与运动颗粒之间的两体HIs作为其分离距离的函数。我们发现该技术能够精确量化约2 pN水动力力在12个颗粒半径距离处产生的远距离流体扰动。为研究多体HIs的影响，我们测量了在三粒子 setup 和模型材料——进行振荡应变的二维六方形密集晶体阵列中——的探针旋转迁移率。分别发现，在某些三体配置中，探针的旋转方向会反转，在致密晶体阵列中，粒子刚性显著削弱了旋转迁移率。实验测量与微水动力学理论和 Stokesian Dynamics 模拟结果高度吻合，凸显了我们准确测量多体HIs的能力。最后，我们扩展了理论框架以操控致密体尺度的流体流动。经实验验证，我们计算了移动颗粒所需的轨迹，以产生特定的探针角速度。