细菌悬浮液中示踪粒子的诱导扩散：理论与实验

本文在低细菌浓度下，从理论和实验两方面研究了细菌悬浮液中示踪粒子的诱导扩散。考虑低雷诺数下的游动者 - 示踪粒子流体动力学相互作用，并采用动力学理论方法，研究表明诱导扩散系数与游动者浓度、其平均速度以及系数 $\beta$ 成正比，这与实验观测一致。系数 $\beta$ 的比例关系为示踪粒子 - 游动者截面乘以单次散射产生的均方位移。位移取决于游动者的推进力。考虑简单的游动者模型（作为两个单极子或力偶极子作用于流体），研究表明游泳效率越低，$\beta$ 越大。靠近固体表面时游泳效率降低，从而导致诱导扩散增加。我们在浮力条件下，对 Hele-Shaw 盒中的野生型 {\em Escherichia coli} 进行了实验，以测量近表面处示踪粒子的诱导扩散。改变悬浮液的 pH 值可在宽范围内调节游动者速度，从而精确提取 $\beta$ 系数。研究发现固体表面会改变诱导扩散：减小盒子的限制高度，$\beta$ 增加 4 倍。理论模型重现了这一增加趋势，尽管存在定量差异，这可能归因于游动者模型的简化。