Metallic Microswimmers Driven up the Wall by Gravity
作为一种自然的功能性行为，各种微生物通过定向和逆重力向上游动而表现出重力轴。本文所述的游动自泳纳米马达（包括纳米棒）在尾重时（即，当金属之一的密度大于另一种金属时）优先向上取向并沿着壁向上游动。通过实验和理论，确定了两种机制，有助于这种引力行为。首先，浮力或重力扭矩作用在这些杆上以使它们向上对齐。第二，杆与倾斜壁的流体动力相互作用在杆上引起前后阻力不对称，这加强了杆的取向偏差并促进其向上运动。
2020-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wall curvature driven dynamics of a microswimmer
微生物在流体中穿梭，通常受到复杂环境的限制，以生存和维持生命。受这一事实的启发，我们考虑一个模型系统，并试图了解壁曲率驱动的动力学的蠕动，一个microswimmer的数学模型，使用（i）格子玻尔兹曼模拟和（ii）分析理论的\citet{dario_gareth}。该系统的瞬时动力学是根据流体速度场以及微型游泳者的平移速度和角速度来呈现的，而长时间动力学是通过在物理和动力学空间中绘制弯曲边界附近的蠕动轨迹来呈现的，以及根据（i）邻近参数，（ii）保留时间，（iii）游泳者方向和（iv）边界附近的切向速度，以及（v）碰撞期间的散射角。我们的详细分析表明，无论类型和强度，microswimmer表现出更大的亲和力对一个凹的边界，由于流体动力学相互作用相比，凸的边界。在存在额外的排斥与边界的相互作用，我们发现，拉（推进向前推力）有一个稍微更大的亲和力对凸-弯曲的墙壁相比，推（推进向后推力）。我们的研究提供了一个全面的理解的结果，在一个统一的框架，包括动力学的拉，推，和中性游泳者在附近的平，凹，凸壁的水动力相互作用。此外，通过将蠕动体限制在一个圆环内，研究了相对曲面的组合效应。在一个统一的框架和见解提出的结果预计将是有用的设计几何约束，以控制和引导微流体应用中的运动的微游泳者。
2021-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergence of run-and-tumble-like swimming in self-propelling artificial swimmers in soft microchannels
本研究实验发现软微通道中自泳液滴涌现出跑-停式游动，源于弹性流体动力学与化学流体动力学耦合，为利用壁弹性调控活性剂提供新途径。
2025-08-06 cond-mat.soft
Geometry-Controlled Motility of Microswimmers in elementary microfluidic confinements
Université Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，LIPhy实验室）
本文研究衣藻在不同PDMS微流体几何限域中的运动，发现几何可调控其运动模式，为微泳者输运的被动控制提供了新途径。
2026-08-05 cond-mat.soft
Swim pressure on walls with curves and corners
游泳压力的概念量化了微游泳者在非平衡状态下对围壁施加的平均力。在这里，我们探讨如何游泳压力取决于壁曲率和存在的尖角在墙上。对于高稀释度的主动布朗粒子，我们提出了一个连贯的框架，它描述了任意形状的被动粒子上的力和扭矩，在大颗粒的极限相比，泳者轨迹的持久性长度。所产生的力可以用于导出例如两个圆盘之间的活性诱导的耗尽相互作用，以及优化用于高游泳速度的示踪剂颗粒的形状。我们的预测是可验证的实验被动障碍物暴露在一个浴的细菌或人工microswimmer。
2015-10-01 cond-mat.soft
Rheotaxis of microswimmers in colloid-laden channel flow
Indian Institute of Technology, Madras（印度马德拉斯理工学院）；Indian Institute of Science, Bengaluru（印度科学研究所班加罗尔）
采用球形方柱模型和多粒子碰撞动力学模拟，研究硬球胶体存在下通道流中微游泳者（推进型、牵引型或中性型）的运动行为，发现胶体使推进型游向中心上游、牵引型在低速时偏离中心，高速时所有游泳者被流携带并主导上游取向。
2026-05-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonlinear dynamics of a microswimmer in Poiseuille flow
本文研究了球形微游泳者在圆柱Poiffille流中的三维动力学，该流可以映射到一个Hamilton系统上。摆动和翻滚轨迹被识别。在2D中，它们相当于数学钟摆的振荡和循环解。游泳者和限制通道壁之间的流体动力学相互作用导致耗散动力学，并导致稳定的轨迹，不同的拉和推。我们证明了这种行为的偶极子近似的游泳者和模拟使用多粒子碰撞动力学的方法。
2012-01-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Near-wall hydrodynamic slip triggers swimming state transition of microorganisms
能动微生物与附近固体基质的相互作用是一种研究得很好的现象。然而，流体动力滑移对基底的影响却很少受到关注。在本研究中，在蠕动模型的框架内，我们施加一个切向速度在游泳者表面作为纤毛推进的代表，随后获得的斯托克斯方程的精确解的基础上相结合的分析-数值方法。我们说明了近壁游泳速度是如何通过壁滑移和水动力的相互作用来改变的。我们报告了一个特征过渡的游泳轨迹的牵引器和推杆型microswimmer的流体动力学滑移，如果壁滑移长度跨越一个临界值。在牵拉式微型游泳者的情况下，其游泳装置在其细胞体之前的蛙泳样动作推动，壁滑移可以导致壁束缚捕获游泳状态，作为周期性或阻尼周期性振荡，否则将从无滑移壁逃逸。相关联的临界滑移长度有一个非单调依赖于初始取向的游泳者，这是由新的相图。推动者，这得到他们的推进推力从后鞭毛的行动，也表现出类似的游泳状态的转变，但在这种情况下，壁滑介导的重定向动力学和游泳模式的竞争，以不同的方式的拖拉机。目前的研究结果铺平了道路，了解生物microswimmer附近的运动特性的限制与疏水壁或策略的设计用于分选和运动整流的人工游泳者通过定制其表面润湿性的微流控装置。
2019-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of microswimmers near a liquid-liquid interface with viscosity difference
本文提出并模拟了黏度不同的液-液界面附近微型游泳者的动力学模型，发现游泳者会系统性地重新定向至低黏度流体区，并观察到悬停等新运动模式。
2022-12-10 cond-mat.soft
Confinement induced three-dimensional trajectories of microswimmers in rectangular channels
该研究通过数值模拟与解析方法，系统探究了矩形通道中不同类型微游泳体的三维轨迹规律，揭示了流体动力相互作用的影响，并提出基于叠加原理的方法解释复杂轨迹的起源。
2023-11-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The motion of catalytically active colloids approaching a surface
本研究利用声学镊子将催化活性 Janus 球体从壁面举起，分析其在体相及近壁的运动，发现速度随盐浓度降低主要源于自身推进减弱，并揭示了壁面与颗粒自推进速度间的耦合。
2024-11-18 cond-mat.soft
Surfactant-loaded capsules as Marangoni microswimmers at the air-water interface: Symmetry breaking and spontaneous propulsion by surfactant diffusion and advection
我们提出了一种实现的快速界面Marangoni microswimmer的半球形藻酸盐胶囊在空气-水界面，扩散释放水溶性的扩散分子（弱表面活性剂，如聚乙二醇（PEG）），它作为“燃料”通过调节空气-水界面张力。对于许多不同的燃料，尽管藻酸盐颗粒和发射是各向同性的，但我们可以观察到对称性破缺和自发推进。推进机制类似于肥皂船或樟脑船，然而，它们通常在形状或排放上不对称以选择游泳方向。我们开发了一个理论的Marangoni船推进开始从低雷诺数的表面活性剂的扩散和平流和流体流动，其中包括表面活性剂引起的流体Marangoni流，和表面活性剂吸附在空气-水界面的耦合问题进行分析，我们还包括一个可能的表面活性剂的蒸发。游泳速度由阻力和Marangoni力的平衡决定。我们表明，自发对称性破缺导致推进是可能的临界无量纲表面活性剂的排放率（Peclet数）以上。我们推导出Peclet数和游泳速度之间的关系，并利用努塞尔数的概念推广到更高的雷诺数。该理论解释了所观察到的PEG-海藻酸盐胶囊的游泳速度，我们解开了基于樟脑的其他马兰戈尼船系统的差异，这主要是由表面活性剂从液体-空气界面蒸发引起的。的胶囊马兰戈尼微泳也表现出表面活性剂介导的排斥与墙壁的相互作用，这可以定性地解释在墙上的表面活性剂积累。
2021-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Slip length dependent propulsion speed of catalytic colloidal swimmers near walls
由于自生流体流动而推进的催化胶体游泳者表现出对表面的强烈亲和力。我们在这里报告的实验测量显着不同的速度，这样的microswimmer在附近的基板由不同的材料。我们发现，速度与基板上的溶液接触角$θ$，这反过来又涉及到相关的流体动力学基板滑移长度，作为$V\propto(\cosθ+1)^{-3/2}$的规模。我们发现，这种依赖性可以归因于游泳者和基板之间的渗透耦合。我们的工作指出，在墙上的流体动力学滑动，虽然往往不考虑，可以显着影响催化游泳者的自推进。
2019-09-09 cond-mat.soft
Height Distribution and Orientation of Colloidal Dumbbells Near a Wall
几何约束强烈地影响微粒在液体环境中的行为。然而，到目前为止，非球形粒子行为接近限制边界，甚至简单的平面壁，仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们测量的高度分布和方向的胶体哑铃以上的墙壁通过数字同轴全息显微镜。我们发现，虽然较大的哑铃几乎平行于墙壁定向，但相同材料的较小哑铃却令人惊讶地以优选角度定向。通过考虑重力效应和静电粒子-壁相互作用，我们确定了作用在哑铃上的总高度相关力。我们的建模表明，在特定的高度，哑铃上的净力和扭矩同时低于热力和能量，分别，这使得观察到的取向是可能的。我们的研究结果突出了丰富的近壁动力学的非球形粒子，并可以进一步促进发展的定量框架任意形状的微粒动力学约束。
2020-12-22 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions between a sedimenting squirmer and a planar wall
本文研究沉降squirmer与平面无滑移壁的流固耦合，通过精确解验证自适应边界积分程序，并刻画重力诱导的壁附近分岔与多种运动模式。
2024-10-11 cond-mat.soft math-ph math.MP
Shear induced migration of microswimmers in pressure-driven channel flow
我们研究了剪切诱导迁移的microswimmer（主要是，活跃的布朗粒子或ABP的）在一个平面Poiffille流。对于由$U_b/HD_r \ll 1$表征的宽通道，表征游泳者定向动力学的时间尺度之间的分离（O（$D^{-1}_r$）的）和那些表征跨通道迁移的（O（$H^{2}D_r/U^{2}_b$））的方程，允许使用多尺度方法来导出游泳者浓度分布的漂移扩散方程;这里，$U_b$是游泳速度，$H$是通道半宽，$D_r$是游泳者旋转扩散率。稳态浓度分布是佩克莱数、$Pe = U_{f}/(D_r H)$（$U_f$是通道中心线速度）和游泳者纵横比$κ$的函数。在$1 \ll \textit{Pe} \ll κ^3$（$Pe\sim$ O（1））状态下，具有$ κ\gg 1$（具有$ κ\sim$ O（1））的游泳者向通道壁迁移，对应于高剪切捕获行为。然而，对于$Pe \gg κ^3 $（对于$κ\sim$ O（1）为$Pe \gg $ 1），游泳者向中心线迁移，对应于低剪切捕获行为。有趣的是，在低剪切捕获制度，游泳者与$κ< 2$渐近线的$Pe$独立的浓度分布的大$Pe$，而那些与$κ\geq 2$表现出“中心线崩溃”的$Pe \to \infty$。通过朗之万模拟验证的低剪切捕获的预测是最近实验观察的第一个解释[Barry $\textit{et al}$。（2015）]。我们…
2019-06-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamical Janssen effect on granular packings with moving walls
本文研究了垂直管内相对运动时颗粒堆积底部的表观质量，证实 Janssen 模型在广泛速率范围内有效，且动态极限表观质量与速率无关并显著低于静态值。
2003-03-01 cond-mat.soft
Electrotaxis of self-propelling artificial swimmers in microchannels
本文研究活性液滴在微通道中的趋电行为，结合实验与流体动力学模型揭示电场、电泳及壁面作用如何诱导U形转弯和逆流轨迹转变。
2024-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic Attraction and Hindered Diffusion Govern First-passage Times of Swimming Microorganisms
本文数值研究了力偶极子微泳体到达无滑移壁面的首次到达时间，发现壁面附近受阻扩散会显著增加中位到达时间，而主动运动与水动力吸引的耦合在大佩克莱特数下加速到达，并导致推式泳体比拉式泳体更快到达的非单调偶极子强度依赖行为。
2025-09-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
A new approach for the limit to tree height using a liquid nanolayer model
与固体接触的液体受到分子间力的作用，从而在壁处产生密度梯度。范德华力使液体不均匀，应力张量不再像均匀块体那样是球形的，并且可以获得稳定的薄液膜，润湿垂直壁直到不可压缩流体模型无法预测的高度。应用于木质部的微管，可以理解为什么树液的上升是可能的非常高的树木，如红杉或巨桉。
2008-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
