受限流动中活性微运动者的扩散增强
统计力学
2025-10-07 v2 生物物理
经典物理
摘要
在层流剪切流中，被动胶体粒子的扩散在沿流方向被放大，这一现象被称为 Taylor-Aris 扩散。此外，微生物如活性微运动者在长时间尺度上表现出有效扩散行为。将上述两种因素结合，便自然引出了一个问题：活性微运动者在剪切流中的有效扩散如何被改变——这在自然环境中十分常见，具有实际意义，例如涉及生物膜的形成。本文针对 \textit{Chlamydomonas reinhardtii} 微藻，在受正弦波 Poiseuille 流作用的矩形微流控通道中研究其运动性和扩散行为。我们采用高分辨率光学显微镜和粒子轨迹重建算法，在 various 流条件下重建单个轨迹，并通过矩理论和滑动窗口分 demodulation 进行统计分析。我们发现，随着流幅度的增加，速度波动和扩散系数均呈现增加，而对流周期性的依赖较弱。重要的是，我们的结果表明，将 Taylor-Aris 定律推广至活性粒子是有效的。
引用
@article{arxiv.2507.08369,
title = {Enhanced dispersion of active microswimmers in confined flows},
author = {Marc Lagoin and Juliette Lacherez and Guirec de Tournemire and Ahmad Badr and Yacine Amarouchene and Antoine Allard and Thomas Salez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.08369},
year = {2025}
}