细胞流中随机切换窄门的平均逃逸时间

受限域中粒子通过窄吸收门逃逸是物理、化学和分子生物物理等各类系统中普遍存在的现象。我们考虑细胞流中的窄逃逸问题，其中两个门以切换率 k 在两种不同状态间随机切换。在简要推导通过两个门的逃逸时间耦合偏微分方程后，我们计算了粒子从不同初始状态门逃逸的平均逃逸时间。通过在非均匀边界条件下的数值模拟，我们量化了门间切换率 k、门间弧长 s、细胞流角速度 w 和扩散系数 D 对窄逃逸时间的影响。我们揭示，在固定弧长下，平均逃逸时间随两门间切换率 k、角速度 w 和扩散系数 D 的增加而减小，但在两门在边界上均匀分隔时对任意给定切换率 k 均取最小值。特别地，我们发现当门的弧长尺寸 {\epsilon} 足够小时，平均窄逃逸时间近似与门弧长尺寸无关。我们进一步指出了使平均逃逸时间最长或最短的系统参数组合（参数空间中的区域）。我们的发现为存在漂移矢量场时离子如何选择离子通道以及化学物质如何在环形容器中泄漏等现象提供了数学理解。