人工胞质环流中受限热黏性流的理论模型

细胞生物学近期实验探究了人工诱导的细胞内流动对细胞和生物体时空组织的影响。在这些实验中,通过激光聚焦红外光的温和动态加热引起细胞内胞质的远距离热黏性流动,这一方法在细胞生物学中被称为 FLUCS(聚焦光诱导胞质环流)。在此,我们提出一个完全解析的理论模型,描述在二维受限条件下各尺度上由激光诱导的流体流动与示踪物输运。聚焦光引起微小的局部温度变化,进而造成流体局部密度和黏度的微小改变。我们解析求解了任意时间依赖振幅的热斑沿扫描路径平移所引起的瞬时流场。我们表明,主导阶瞬时流纯粹源于热膨胀。它与温度扰动幅度成正比,其远场行为通常由源或汇流主导,并与热斑振幅的变化率成正比。相反,且与实验测量一致,示踪物因热斑完整扫描所产生的净位移对热斑振幅呈二次依赖,因为它源于热膨胀与热黏度变化的相互作用。相应的示踪物在扫描上的平均速度为远场中的流体动力学源偶极子,其方向取决于热膨胀与热黏度变化的相对重要性。我们的定量结果与近期实验结果高度吻合,并将有助于设计新的受控实验以确立细胞内物理输运过程的生理作用。