微游泳者与障碍物碰撞的几何捕获与逃逸
流体动力学
2015-05-12 v2 生物物理
摘要
受近期实验启发，我们考虑了微游泳者在静止球形障碍物附近的流体动力学捕获。模型方程的模拟表明，接近小球形胶体的游泳者仅被散射。相反，当胶体大于临界尺寸时，它充当被动陷阱：游泳者被流体动力学捕获沿闭合轨迹运动，并无限地绕胶体球轨道运动。为了获得对该流体动力学散射问题的物理洞察，我们对其进行了解析处理。我们给出了临界捕获半径、“吸引域”深度和散射角的表达式，这些表达式与我们的数值结果非常吻合。我们还展示并解释了游泳-流动对称性对捕获效率的强烈影响。最后，通过考虑布朗扩散或主动扩散的影响，我们给游泳者提供了逃离胶体陷阱的机会。我们表明，在某些情况下，捕获时间由奥恩斯坦-乌伦贝克过程支配，这导致捕获时间分布可很好地近似为逆高斯分布。这些预测再次与数值模拟非常吻合。我们设想该理论在生物修复、微生物分选技术以及异质或多孔环境中细菌种群研究中的应用。
引用
@article{arxiv.1412.4598,
title = {Geometric capture and escape of a microswimmer colliding with an obstacle},
author = {Saverio E. Spagnolie and Gregorio R. Moreno-Flores and Denis Bartolo and Eric Lauga},
journal= {arXiv preprint arXiv:1412.4598},
year = {2015}
}