二维格子中活性粒子的孔隙尺度分布与输运

由细菌和其他活性胶体等可运动微游泳者组成的悬浮液经常遇到多孔环境，其中障碍物和复杂的剪切流强烈影响其动力学。在这里，我们研究了在柱状方形格子（作为模型多孔介质）中稀活性粒子悬浮液的分布和输运。微游泳者被建模为细长点粒子，并进行布朗动力学模拟，以确定其数密度和极化场如何随介质孔隙率、多分散性、流动强度和自推进强度的系统变化而改变。我们发现，在没有流动的情况下，自推进驱动粒子在柱表面聚集并产生径向极化。在存在背景流的情况下，粒子优先在柱的尾流中聚集，并在其表面附近表现出上游极化，这与实验观察一致。在中等流动强度下，极化场中会成核拓扑缺陷。这些缺陷纯粹是运动学起源，标志着从低流动强度下的全局上游游动到高流动强度下格子中上游和下游游动区域共存的转变。这里研究的结构化格子为分离控制复杂几何形状中活性输运的物理机制提供了一个受控框架，与结构化微流控环境中的输运直接相关。