酵母堵塞的水动力阻力

生物堵塞，即孔隙被活体颗粒堵塞，是一个涉及水动力学与颗粒特性等多种耦合机制的复杂过程。本文在微观尺度上探究生物堵塞。在该尺度下，流速极低（< 100 nL/min），因此精心设计了专用方法以高精度（< 6.7% 误差）、强鲁棒性和低响应时间（< 0.2 s）测量流速。该方法采用具有两条相同通道的微流控器件：第一条用于酵母悬浮液，第二条用于有色培养基。两通道汇入单一宽阔出口通道，可监测两流体界面。随着第一条通道中形成酵母堵塞，对两介质间界面的位移成像并与预校准图像数据库比对，从而量化流经堵塞的流量。随后在两种不同条件下量化酵母堵塞的水力阻力：恒压过滤与振荡压力（反冲洗循环）。两种情况下阻力均随堵塞长度增加。恒压下，堵塞渗透率随操作压力升高而下降，荧光成像评估未检测到细胞密度变化。相比之下，反冲洗循环使渗透率提高约四倍，且细胞密度随操作压力呈显著非单调下降。对流体-结构相互作用的更好理解使我们建立了软物质受限多孔介质中流动的新物理模型，该模型通过精确复现所测渗透率-压力变化，挑战了生物堵塞理论中使用的经验幂律描述。