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“microWimmers桂木澪”学校如何增加货物能力

物理学 2021-09-22 02:37:09

通过宾夕法尼亚州大学学分:Sebastian Rode,Jens Elgeti&Gerhard Gompper,CC By-SA 4 0,通过Wikimedia Commons在物理评论中发表的新研究字母描述了一种提高称为“microWimmers

”的微观透视液滴的货物能力的方法,以及最大普朗克动态和自我组织研究所发现当一所学校时microWimmers在狭窄的通道内沿同一方向移动,它们可以增加ASE它们可以携带10倍的颗粒的数量

它们的研究结果对应用的应用范围范围从药物递送系统到具有活性涂层的材料

如同许多科学的努力,这一开始就开始了简单的观察

在参加乔治亚州水族馆的会议晚宴时,物理学家阿诺德马斯森和他的同事注意到,在苏醒中似乎携带小颗粒和碎片的大学

因为水动力学IC夹带,一个过程,当物体通过液体移动时,它会产生一个流程,并导致附近的物体拖动并与它一起拖动

“”我们想知道,因为水族馆中的鱼向前游泳,这样做了粒子也被拖动向前,或者是尾巴向后推动?“ Mathijssen

“我们的核心问题是,如果这些家伙是向前移动的,并且假设是,如果我们可以看到水族箱发生这种情况,那么也许这在显微镜下也适用

“回答问题,Max Planck Institute研究人员Chenyu Jin,Yibo Chen和Corinna Maass使用合成微灯的实验,是一种用于微观机器人的模型系统的自推进式油和表面活性剂

用他们的MicroSwimmers,研究人员能够测量单独的游泳运动员产生的流量的强度,并且在通过二维沟道中行进时,个人可以随身携带它们的材料的强度

然后,一旦数据被收集,Mathijssen和他的团队制定了理论模型,以帮助解释他们的发现

发展模型的一个特殊挑战是设计了一种描述微观频道墙壁的影响,因为与水族馆不同,该实验是在一个受限的空间中进行的

“这种禁闭真的影响了流动,因此影响您可以运输的总量

存在相当多的文学就建模活性颗粒而言,But很难在复杂的环境中得到它,“Mathijssen说

使用他们的数据和新开发的模型,研究人员发现,当他们游泳时,各个microWimmer的运输能力可以增加10倍在一个狭窄的通道内部在一起

他们还发现夹带速度或粒子向前移动的速度远大于最初预期的

与一个更开放的系统相比,如水族馆说,有一个密闭的频道似乎增强了粒子的运动,说s mathijssen

“如果你在一个三维世界中,你注射到你的系统中的能量会在所有方向上展开

这里,它被聚焦到二维平面中,流动的强度较大

几乎好像你在前面和背部有醒来,所以效果是强大,有效的两倍,“他说

另一个令人惊讶的发现这种效果的这种效果如何在一个具有低雷诺数的系统中的长距离,科学家使用的值来预测液体流动模式的值

具有低雷诺数的系统具有光滑的层流(与瀑布一样),具有高值的人更加湍流

“在这里,低雷诺数之间的差异是tha在低雷诺数时,这些流动往往是非常长的

即使你是10个身体长度,这些流量仍然是显着的

在较高的雷诺数下,这不是必然是真实的,因为你得到了很多湍流,并且这种夹带效果扰乱了,“Mathijssen说

研究人员认为这可能是由于在封闭系统中发生的前后对称性

“在低雷诺数号码下,您的液滴前面有压力,并且该压力正在推动液体前进的大距离,”Mathijssen

未来的实验将研究这种效果如何发挥作用在具有更高雷诺数的系统中

认为鱼在游泳时依赖于类似的现象在大学中互相后面,类似于骑自行车的人在佩罗顿中彼此起草,因此研究人员认为在其他系统中可能发生类似的效果

并且因为本研究中描述的底层物理适用对于许多其他人也是如此,这些发现也对许多其他领域产生了影响,从设计药物输送系统,了解生物膜运输营养素以及设计有源材料的设计方式,具有独特的涂层或具有动态特征的独特涂层或性质的那些。

“在物理学方面,较大的图片是了解各个活跃的组件如何共同努力,以引起共同的功能,我们在宏观规模中呼唤新的现象,”Mathijssen

“a在那里,没有规则书,没有物理法,尚未描述这些系统超出均衡,因此有基本的理论物理问题仍有待解答

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