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人类微生物群、海洋和土壤生态系统中微生物的自然栖息地充满了胶体和大分子。这种环境表现出非牛顿流动特性,严重影响微生物的运动。虽然简单牛顿流体中游动的鞭毛细菌的低雷诺数流体动力学已经得到很好的发展,但我们对复杂非牛顿流体中细菌运动的理解还不成熟。即使经过60年的研究,关于聚合物溶液中细菌运动增强的性质和起源的基本问题仍在讨论。近日,明尼苏达大学双城分校的程翔老师团队利用Tweez305光镊研究发现,稀胶体悬浮液中的鞭毛细菌在数量上表现出与稀聚合物溶液中相似的运动行为,特别是,普遍的粒径依赖性运动增强高达80%,同时强烈抑制细菌摆动。由于胶体的硬球性质,其大小和体积分数在实验中有所不同,此研究结果揭示了关于复杂流体中细菌运动增强的长期争议,并表明聚合物动力学可能不是捕捉这种现象的必要条件。结合复杂流体的胶体性质的物理模型定量解释了胶体和聚合物流体中的细菌摆动动力学和迁移率增强。此研究结果有助于了解细菌在复杂液体中的运动行为,这与广泛的微生物过程和工程细菌在复杂环境中的游泳有关。
大小依赖性细菌运动增强
细菌在胶体悬浮液中游动
增强胶体附近细菌的运动能力
文章下载链接:The colloidal natureof complex fluids enhances bacterial motility | Nature Tweez305及Tweez300 设备详情链接:高速多光阱纳米光镊与测力平台
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