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微型游泳者的導航系統


透過施加電場,可以操縱微型游泳器的運動。來自馬克斯普朗克動力學與自組織研究所 (MPI-DS)、印度理工學院 (IIT) 海得拉巴和荷蘭特溫特大學的科學家透過比較實驗和理論模型預測來描述基本的物理原理。它們能夠透過微通道在振盪、牆壁黏附和中心線方向之間調整運動方向和模式,從而實現與環境的不同互動。

微型游泳者通常需要獨立地在狹窄的環境中航行,例如穿過多孔介質或血管的微通道。游泳者可以是生物來源的,如藻類或細菌,但也可以構成用於運輸化學物質和藥物的客製化設計結構。在這些情況下,控制它們相對於牆壁和邊界的游泳方式非常重要——因為人們可能希望它們交換燃料或訊息,但也要避免它們停留在不應該停留的地方。

許多游泳者都是帶電的,因此電場可以提供一種通用的方法來引導他們穿越複雜的環境。 MPI-DS 的科學家現在在自推進式人造微型游泳器的實驗中探索了這個想法:「我們研究了電場和壓力驅動流的組合對人工微型游泳器在通道中運動狀態的影響,」科琳娜‧馬斯(Corinna Maass) 報告道。 「我們確定了不同的運動模式以及控制它們的系統參數」她總結道。在先前的出版物中,科學家已經證明他們的人工游泳者更喜歡向上游遊動,在通道壁之間振盪。憑藉他們的新發現,現在可以透過施加電場和流經通道來控制游泳者的移動方式。

透過這種方式,研究人員產生了多種可能的運動模式:可以引導游泳者以振盪或直線運動的方式黏附在通道壁上或遵循其中心線。如果他們出發方向錯誤,他們還可以掉頭。科學家使用適用於任何帶有表面電荷的游泳者的通用流體動力學模型分析了這些不同的狀態。印度理工學院海得拉巴分校助理教授Ranabir Dey 解釋道:「我們表明,可以使用外部電場進一步控制帶電游泳者的運動性。我們的模型可以幫助理解和定制人工微型游泳者,並為自主微型機器人和其他生物技術提供靈感。



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