流网络的自组织均质化
生物物理
2025-12-01 v3 流体动力学
摘要
从动物的血管系统到构成电池的多孔介质，流网络的核心任务是将溶质和资源输送到网络中所有细胞或介质。然而，生物流网络相对于多孔介质的一个关键优势是：它们可适应且自组织其几何，以实现网络全部分布的均质输送。我们表明，人工流网络也能通过可调 erosion 的灵活适应，趋向于均质输送。通过将流动的消解酶脉冲注入布置在可溶解水凝胶中的网络（初始通道宽度不均），我们观察到通道电阻的均质化。实验观察与网络中扩散-迁移-吸附动力学的数值模拟相吻合。我们从理论上分析了输运动力学，指出只有当消解酶脉冲持续时间超过任何通道达到脉冲浓度平衡所需的时间时，均质化才会发生。我们推导的均衡时间尺度与模拟结果一致。最后，我们表明在既有数值又有实验结果中，erosion 导致包含环路的复杂网络均质化。由于 erosion 是普遍存在的反应，我们的研究为极其灵活的自组织多孔介质性能提升开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2410.19089,
title = {Self-organized homogenization of flow networks},
author = {Julien Bouvard and Swarnavo Basu and Charlott Leu and Onurcan Bektas and Joachim O. Rädler and Gabriel Amselem and Karen Alim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.19089},
year = {2025}
}