物理学：粒子冲击自己的波浪，揭示微生物和细胞如何穿过人体！健康頭條網

在红血球旁游泳的微生物冲浪。

新的计算和实验首次模拟了浸泡在粘性液体中的球形颗粒如何沿着柔性橡胶板行进;相似的条件在人体中很常见，例如流过毛细血管的血细胞或自行推进的微生物的旅程。（虽然血液不是特别粘稠，但在微观尺度上它的有效粘度很高。）

事实证明，所有这些粒子都是一波！

在实验中，液体围绕移动的粒子流动。反过来，该流动推动相邻的板材，使表面变形成具有凹陷和隆起的正弦波。进入凹陷和驼峰上方的液体流将粒子排出片材。研究人员在9月16日的“自然 - 物理”杂志网络版上报告说，当粒子继续移动时，它会“冲浪”并加快速度。

这一发现不仅提供了对生物过程的新见解，而且提供了一种测量细胞膜弹性的更温和的方法，以及按大小分类的简单方法。“这是一个简单的想法，对生物学和工程学产生重大影响，”该研究的共同作者Naomi Oppenheimer说，他是纽约Flatiron研究所计算生物学中心的研究员。

计算浸没在身体粘性液体中的颗粒和柔性表面的流体流动是非常复杂的。粘性液体具有奇怪的特性：它们的分子组成产生大量内部摩擦并抵抗湍流。惯性，通常是物体在液体中移动的一个因素，因此对于穿过粘性流体的物体不起很大作用。一旦发动机关闭，潜入海水的潜艇将继续移动一段时间，而同一潜艇将在糖蜜中立即停止。

普林斯顿大学的Oppenheimer，Bhargav Rallabandi和Howard Stone以及纽约大学的Matan Yah Ben Zion回避了直接计算流体流动的问题。研究人员不是试图完美地模拟复杂的流体动力学，而是主要关注作用于粒子和表面的力。该方法产生了一个相对简单的方程，其中包括流体的粘度，表面的刚度和张力，以及颗粒的尺寸和速度。

研究人员用真实世界的实验测试了他们的配方。他们把一块薄薄的橡胶板悬挂在一个装满硅油的鱼缸大小的容器里，这个容器的粘度大约是水的1100倍。他们一个接一个地将大理石大小的球放入板材附近的油中，并在球沉没时追踪所产生的运动。正如预期的那样，每个球在纸张上产生一个波浪，这反过来推动球更远。当它离板材越来越远时，球的摩擦力越来越小，加速了它的下降。

“巴尔加夫和我都是理论科学家，所以这是我们第一次做实验，”奥本海默说。“看到我们在实验过程中第一次实现的计算是一种惊人的感觉。”

更大的球走出了更远的纸张。因此，沿着柔性表面在粘性流体中推动颗粒可以是按尺寸分类颗粒的简单方法，类似于自动硬币分选机。类似地，表面刚性越小，作用在球上的排斥力越强。这种效应可以帮助科学家测量材料（如细胞膜）的刚性，而无需使用需要潜在破坏性刺戳和刺激或精心控制温度的传统方法。研究人员计划对更复杂的场景进行建模，例如同时移动多个球或多个柔性板。