低雷诺数下磁驱动人工纤毛的流体输运

我们通过数值建模研究了在低雷诺数流动中，通过附着在平面表面的特殊弹性细丝或人工纤毛实现的流体输运。该细丝由通过 DNA 双链连接的超顺磁性粒子组成。外部磁场诱导细丝微珠之间的偶极相互作用，从而提供了一种以可控方式驱动纤毛的便捷方法。该细丝最近已被成功用于构建第一个人工微型游泳者 [R. Dreyfus 等，Nature 437, 862 (2005)]。在我们的数值研究中，我们引入了一种称为泵送性能（pumping performance）的度量，以量化磁驱动纤毛诱导的流体输运，并确定了细丝的最佳划水模式。该模式由慢速输运冲程和快速恢复冲程组成。我们详细的参数研究还表明，对于足够大的磁场，人工纤毛主要受 Mason 数支配，该数比较了摩擦力与磁力。对多纤毛系统的初步研究表明，泵送性能对相邻纤毛之间施加的相位滞后非常敏感，即对引发的异时波（metachronal wave）的细节非常敏感。