物理學：粒子衝擊自己的波浪，揭示微生物和細胞如何穿過人體！健康頭條網

在紅血球旁游泳的微生物衝浪。

新的計算和實驗首次模擬了浸泡在粘性液體中的球形顆粒如何沿著柔性橡膠板行進;相似的條件在人體中很常見，例如流過毛細血管的血細胞或自行推進的微生物的旅程。（雖然血液不是特別粘稠，但在微觀尺度上它的有效粘度很高。）

事實證明，所有這些粒子都是一波！

在實驗中，液體圍繞移動的粒子流動。反過來，該流動推動相鄰的板材，使表面變形成具有凹陷和隆起的正弦波。進入凹陷和駝峰上方的液體流將粒子排出片材。研究人員在9月16日的“自然 - 物理”雜誌網絡版上報告說，當粒子繼續移動時，它會“衝浪”並加快速度。

這一發現不僅提供了對生物過程的新見解，而且提供了一種測量細胞膜彈性的更溫和的方法，以及按大小分類的簡單方法。“這是一個簡單的想法，對生物學和工程學產生重大影響，”該研究的共同作者Naomi Oppenheimer說，他是紐約Flatiron研究所計算生物學中心的研究員。

計算浸沒在身體粘性液體中的顆粒和柔性表面的流體流動是非常複雜的。粘性液體具有奇怪的特性：它們的分子組成產生大量內部摩擦並抵抗湍流。慣性，通常是物體在液體中移動的一個因素，因此對於穿過粘性流體的物體不起很大作用。一旦發動機關閉，潛入海水的潛艇將繼續移動一段時間，而同一潛艇將在糖蜜中立即停止。

普林斯頓大學的Oppenheimer，Bhargav Rallabandi和Howard Stone以及紐約大學的Matan Yah Ben Zion迴避了直接計算流體流動的問題。研究人員不是試圖完美地模擬複雜的流體動力學，而是主要關注作用於粒子和表面的力。該方法產生了一個相對簡單的方程，其中包括流體的粘度，表面的剛度和張力，以及顆粒的尺寸和速度。

研究人員用真實世界的實驗測試了他們的配方。他們把一塊薄薄的橡膠板懸掛在一個裝滿硅油的魚缸大小的容器裡，這個容器的粘度大約是水的1100倍。他們一個接一個地將大理石大小的球放入板材附近的油中，並在球沉沒時追蹤所產生的運動。正如預期的那樣，每個球在紙張上產生一個波浪，這反過來推動球更遠。當它離板材越來越遠時，球的摩擦力越來越小，加速了它的下降。

“巴爾加夫和我都是理論科學家，所以這是我們第一次做實驗，”奧本海默說。“看到我們在實驗過程中第一次實現的計算是一種驚人的感覺。”

更大的球走出了更遠的紙張。因此，沿著柔性表面在粘性流體中推動顆粒可以是按尺寸分類顆粒的簡單方法，類似於自動硬幣分選機。類似地，表面剛性越小，作用在球上的排斥力越強。這種效應可以幫助科學家測量材料（如細胞膜）的剛性，而無需使用需要潛在破壞性刺戳和刺激或精心控制溫度的傳統方法。研究人員計劃對更復雜的場景進行建模，例如同時移動多個球或多個柔性板。