冲绳科学技术研究所 玻璃微通道的照片
其中一个侧壁已被移除，露出通道中心的一个细长玻璃微圆柱
1日元硬币包括在内
学分:冲绳科技学院 特殊的粘稠液体流经人体关节，帮助构成粘液等物质
这些液体含有长而柔韧的分子，如聚合物或蛋白质，使它们能够伸展和吸收震动
然而，科学家们还没有完全理解这些神秘的流体是如何与小规模的生物结构相互作用的
特别感兴趣的结构是纤毛——附着在细胞膜上的微小毛发状突起，它波动以执行诸如清除呼吸道污染物的功能
这些流体-结构的相互作用对于准确理解纤毛如何运动来完成它们的生物学功能是很重要的
然而，这些相互作用发生的规模如此之小，以至于很难通过实验来研究
现在，OIST冲绳科学技术研究院微/生物/纳米流体单元的研究人员已经确定了这些所谓的粘弹性流体在纤毛周围流动的一些关键特征
粘弹性流体是粘性的，像糖蜜一样，也是有弹性的
研究人员说，发表在《小》杂志上的这项研究表明，是液体的弹性推动了纤毛的模式化运动
进入非常小的世界 为了建立他们的实验，科学家们在熔融石英玻璃中挖空了微通道
这些通道包含一个或两个附着在通道一侧的柔性圆柱，代表纤毛
柱子顶端的高速视频显微镜，展示了它们高度同步的运动
原始显微镜视频显示在顶部图中，柱子的起始和跟踪位置覆盖在视频上
左下方和右下方的图分别显示了柱子的X和Y位置是如何随时间变化的
学分:冲绳科技学院 然后，科学家们使用注射泵以精确控制的速度推动粘弹性溶液通过玻璃微通道
实验流体包含蠕虫状胶束(也称为活聚合物)，这是微米级的柔性结构，模拟人体体液中生物分子的运动
研究人员进行了一系列测量，使用三种不同光学技术的独立高功率显微镜来捕捉流体与柱子相互作用时的行为和特性
首先，科学家们使用一种叫做微粒子图像测速术的方法来记录流体在柱子周围流动的速度
他们观察到，流体优先在柱子的一侧流动，而在另一侧几乎不流动
然而，在一定的流速下，静止侧的流体开始不平稳地流动
随着流体的流动，柱子开始摆动
“这项研究的一个重要方面是我们能够使用高速视频显微镜仔细跟踪柱子作为时间函数的振荡，”博士说
西蒙·哈沃德，这个小组的组长
使用一种被称为高速偏振光显微镜的方法，他们还能够追踪圆柱形支柱周围蠕虫状冰晶弹性拉伸的区域，并将拉伸量与支柱的位置相关联
研究人员说，当与流体相互作用时，两个彼此靠近的柱子开始以几乎完美的同步振荡，这表明流体的弹性在调节细胞纤毛的同步跳动
高速偏振光显微镜显示蠕虫状胶束在绕两个圆柱形柱流动期间的弹性拉伸，圆柱形柱用白色圆圈表示
图的颜色表示拉伸程度，其中黑色表示没有拉伸，白色表示拉伸程度高
学分:冲绳科技学院 “柱子的同步时间动力学完全是由流体本身赋予的，”博士说
卡梅伦·霍普金斯，这项研究的第一作者
“然而，这只有在特定条件下才会发生
如果我们增加流速，从而增加流体弹性的影响，那么我们就失去了振荡的规律性，它变得不稳定
" 开发新的生物模型 展望未来，科学家们希望研究改变圆柱形柱子之间的柔性和距离将如何影响他们的行为
霍普金斯和他的同事们还希望在一个更大的系统中重复这个实验，这个系统有多达20个圆柱形的柱子来模仿纤毛阵列
“我们目前的实验装置是一个理想化的几何图形——当然，真正的生物系统要复杂得多，”微/生物/纳米流体单元的负责人艾米·沈教授说
“目前的模式是通向更复杂、更具生物学意义的事物的敲门砖
" 研究人员希望进一步的研究将有助于阐明非常小的物体的物理特性——并可能提供对我们细胞内发生的动态运动的洞察
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
