各向异性流体中简单模型微游动器的动力学：向列相液晶中取向行为与主动输运的启示

最近的若干实验研究了向列相液晶中自驱动细菌与胶体粒子的取向与输运行为。相应地，我们从理论上研究了一个最小模型微游动器在单轴各向异性流体中的动力学。作为第一步，解析推导了在局部力作用于各向异性流体时给出相应流体流动的流体动力学格林函数。在此基础上，分析了推拉型与推挤型微游动器在各向异性流体中的行为。取决于推进机制以及所涉及的不同的黏度的相对大小，我们发现游动器沿平行于或垂直于各向异性轴的方向排列。特别地，在某些条件下也识别出斜向排列。所观察到的游动器重新取向源于自诱导流体流动与周围流体各向异性之间的流体动力学耦合，该耦合使自生成流场发生畸变。我们以简化的线性稳定性分析支持了部分结果。我们的理论预测与近期关于向列相液晶中游动细菌的实验观察在定性上一致。它们支持了利用宿主流体可能可切换的各向异性来引导单个微游动器与主动粒子沿所需路径运动、实现受控主动输运的目标。