近壁流体动力学滑移触发微生物游动状态转变
软凝聚态物质
2020-05-05 v1 流体动力学
摘要
运动微生物与附近固体基底的相互作用是一个被充分研究的现象。然而，基底上流体动力学滑移的影响却很少受到关注。在本研究中，在 squirmer 模型的框架内，我们在游动者表面施加切向速度作为纤毛推进的表示，并随后基于解析-数值相结合的方法获得了斯托克斯方程的精确解。我们阐明了近壁游动速度如何因壁面滑移与流体动力学力的相互作用而发生非平凡的改变。我们报告了对于 puller 型和 pusher 型微游动者，如果壁面滑移长度超过一个临界值，流体动力学滑移会引发游动轨迹的特征性转变。对于 puller 型微游动者，其推进方式类似于其细胞体前方的游动器官进行蛙泳动作，壁面滑移可导致壁面束缚的捕获游动状态，表现为周期性或阻尼周期性振荡，而在无滑移壁面情况下它们本会逃逸。相关的临界滑移长度对游动者初始取向具有非单调依赖性，这由新颖的相图表示。pusher 型微游动者从后部鞭毛动作获得推进推力，也表现出类似的游动状态转变，但在这种情况下，壁面滑移介导的重定向动力学与游动模式以不同于 puller 型的方式竞争。本研究结果为理解生物微游动者在疏水壁面约束附近的运动特性铺平了道路，或为通过调控其表面润湿性来设计用于人工游动者分选和运动整流的微流控装置提供了策略。
引用
@article{arxiv.1909.02657,
title = {Near-wall hydrodynamic slip triggers swimming state transition of microorganisms},
author = {Antarip Poddar and Aditya Bandopadhyay and Suman Chakraborty},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.02657},
year = {2020}
}