几何诱导的非对称扩散

以往的研究表明，离子在一个方向上比在另一个方向上更容易通过膜。我们在此通过模型和实验证明，对于大小颗粒的混合物，这种非对称扩散可以仅由膜孔几何结构的不对称性引起。我们的确定性模拟考虑了两种尺寸的弹性圆盘组成的二维气体通过膜的扩散，而我们的实验室实验考察了两种尺寸的玻璃珠通过金属膜的扩散。在实验和模拟中，膜仅对小颗粒可渗透，并且不对称的孔导致了这些颗粒扩散速率的不对称。即使存在少量大颗粒也会堵塞膜，阻止小颗粒在一个方向上的通过，同时允许小颗粒在另一个方向上自由流动。这种纯几何的动力学约束可能在常见的生物学背景（如膜离子通道）中发挥作用。