微流控液滴中确定性封装超弹性细胞的流固耦合与标度律
流体动力学
2026-03-18 v1
摘要
多相流中可变形粒子的精确封装涉及复杂的瞬态流固耦合（FSI）和拓扑界面变化。在单细胞分析背景下，我们采用耦合 Cahn-Hilliard 相场模型与任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法的数值框架，研究流动聚焦微通道中可变形细胞封装的动力学。通过解析超弹性细胞、载流流体和演化界面之间的耦合，我们提出了一个统一的无量纲标度律，用于定量预测确定性封装的操作空间窗口。此外，细胞的物理存在通过“几何阻塞效应”调节液滴生成流动状态，将挤压流向滴流转变的边界移至更低的流量比。液滴生成周期对细胞阻塞比 表现出非单调依赖，这引发了剪切增强与水力学阻力惩罚之间的竞争机制，并因此在 处达到最佳水力学平衡。最后，我们发现虽然液滴周期性对细胞刚度的变化具有鲁棒性，但细胞内的瞬态应力场却高度敏感，尤其是在毛细管缩颈奇点期间。这项工作阐明了超弹性细胞与多相流之间的基本相互作用，并为优化无损伤细胞封装系统提供了定量框架。
引用
@article{arxiv.2603.16604,
title = {Fluid-Structure Interaction and Scaling Laws for Deterministic Encapsulation of Hyperelastic Cells in Microfluidic Droplets},
author = {Andi Liu and Guohui Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.16604},
year = {2026}
}