Surfea para los microbios que nadan junto a los glóbulos rojos.
Los nuevos cálculos y experimentos modelan por primera vez cómo las partículas esféricas sumergidas en el líquido pegajoso viajan a lo largo de una lámina de goma flexible; condiciones similares son comunes en el cuerpo humano, como las células sanguíneas que fluyen a través de un capilar o los viajes de microbios autopropulsadosAunque la sangre no es particularmente viscosa, a escalas microscópicas su viscosidad efectiva es alta.
Resulta que todas estas partículas atrapan una ola.
En los experimentos, el líquido fluye alrededor de una partícula en movimiento. Ese flujo, a su vez, empuja la lámina adyacente, deformando la superficie en una onda sinusoidal con una depresión y una joroba. La corriente de líquido en la depresión y sobre la jorobarepele la partícula de la hoja. A medida que la partícula continúa moviéndose, 'surfea' la ola y aumenta la velocidad, informaron los investigadores en línea el 16 de septiembre Física de la naturaleza .
El hallazgo ofrece no solo nuevos conocimientos sobre los procesos biológicos, sino también un método más suave para medir la elasticidad de las membranas celulares y una forma fácil de clasificar las partículas por tamaño. "Es una idea simple con grandes implicaciones en biología e ingeniería", dice el estudiocoautora Naomi Oppenheimer, investigadora del Centro de Biología Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York.
Calcular el flujo de fluido de partículas y superficies flexibles sumergidas en los líquidos viscosos del cuerpo es increíblemente complicado. Los líquidos viscosos tienen propiedades extrañas: su composición molecular genera una gran cantidad de fricción interna y resiste el flujo turbulento. La inercia, generalmente un factor enlos objetos que se mueven a través de un líquido, por lo tanto, no juegan un papel importante para los objetos que viajan a través de un fluido viscoso. Un submarino que navega por el agua de mar continuará moviéndose por un tiempo una vez que sus motores se apaguen, mientras que el mismo submarino se acercaríaParada inmediata en melaza.
Oppenheimer, Bhargav Rallabandi y Howard Stone de la Universidad de Princeton, y Matan Yah Ben Zion de la Universidad de Nueva York evadieron el problema de calcular directamente el flujo de fluidos. En lugar de tratar de modelar perfectamente la compleja dinámica de los fluidos, los investigadores se centraron principalmente en las fuerzas que actúanen la partícula y en la superficie. Este enfoque arrojó una ecuación relativamente simple que incorpora la viscosidad del fluido, la rigidez y la tensión de la superficie, y el tamaño y la velocidad de la partícula.
Los investigadores probaron su fórmula con un experimento del mundo real. Colgaron una delgada lámina de goma en un recipiente del tamaño de una pecera lleno de aceite de silicona, que es aproximadamente 1.100 veces más viscoso que el agua. Uno por uno, dejaron caer mármolde gran tamaño en el aceite cerca de la sábana y siguió los movimientos resultantes a medida que las bolas se hundían. Como era de esperar, cada bola produjo una ola en la sábana, que a su vez la empujó más lejos. A medida que se alejó de la sábana,la pelota experimentó menos fricción, acelerando su descenso.
"Tanto Bhargav como yo somos científicos teóricos, así que esta fue la primera vez que realizamos un experimento", dice Oppenheimer. "Ver los cálculos que realizamos por primera vez durante el experimento fue una sensación increíble".
Las bolas más grandes se alejaron más de la lámina. Empujar partículas a lo largo de una superficie flexible en un fluido viscoso podría, por lo tanto, ser una forma fácil de clasificar partículas por tamaño, de forma similar a una máquina automática de clasificación de monedas.superficie, cuanto más fuerte sea la fuerza repulsiva que actúa sobre las bolas. Este efecto podría ayudar a los científicos a medir la rigidez de un material como una membrana celular sin utilizar enfoques convencionales que requieren pinchazos y pinchazos potencialmente dañinos o temperaturas cuidadosamente controladas.
Los investigadores planean modelar escenarios más complejos, como los movimientos de múltiples bolas o múltiples hojas flexibles al mismo tiempo.
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Materiales proporcionado por Fundación Simons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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