西安新聞網訊 近日，西北大學物理學院經光銀教授與合作者圍繞微游泳體與流場的相互作用，從物理視角通過實驗、數值計算、理論定義了具有左手螺旋鞭毛主導的游泳流體力學效應，構建了游動細菌的偏航全景圖，解決了如何精確描述基本生物體準確軌跡這一長期困擾生物物理領域的難題。

研究成果7月10日發表在Science子刊Science Advances。（小標）細菌是天然“自驅動粒子” 研究其運動有重大應用價值首先，什么是自驅動物質？經光銀教授表示，原來，日常生活中，無驅動力的物體只能隨波逐流，例如，皮球在流動水面上跟隨流水，漂流而下的細長竹筏盡管旋轉但質心仍順流而下。從物理角度來看，這些物體的運動具有一個共同特征，即物體質心順著流體的流線前行，而不能橫向跨越流線，從而制約這些“被動”物體的精準遞送，尤其在小尺度下定點輸運是一個巨大挑戰。然而如果這些物體具有自驅動、自響應及自適應的“自我意識”，則必將改變被動式的輸運行為，我們將這類物體稱為自驅動物質。

近20年來，活性生物物理開始成為物理學新興前沿研究領域，這類系統顯著區別常規平衡態物理，系統在微觀單元上有能量輸入而被推向遠離平衡態，其中微單元體具有自驅動、自適應，且可在無序中生有序并產生集群行為。受到應用需求刺激，在小尺度（如毫米以下）定位導航、精準外科手術、藥物釋放、微尺度下物質輸送、微納機器人研制等，對運動單元在無序復雜微環境介質中定向運動與導航具有重大應用價值。

經光銀教授表示，細菌作為一種天然“自驅動粒子”，其運動支撐著許多微觀與宏觀生命活動，研究細菌運動規律，對細胞、細菌等在微管道中分離與分類、設計功能性生物馬達、微機器人、以及防治微生物污染、細菌感染等提供科學依據。由于細菌作為一類微游泳體，微米尺度的身材使得布朗運動主導其游動的隨機取向。流場可以產生應力作用于細菌整個表面，我們不禁好奇，做游泳運動的細菌是否在流速梯度場中展示出特殊的游動行為，是否能逃脫“隨波逐流”的命運，而采取“智慧式”的響應與自適應行為？（小標）團隊突破多項細菌驅流動力學研究

經光銀教授介紹，2012年R. Stocker在MIT的課題組首次報道了具有手性細菌在剪切流中出現橫向運動，然而這種橫向“過河”運動與流場、布朗熱運動、活性噪聲、細菌取向等具有何種本質的物理機制都尚未明確?；诖?，我們構建了一個精細的細菌顯微跟蹤實驗，結合數值模擬，建立了精確流體物理模型，揭示了這種手性細菌驅流性的物理規律。實驗上，通過高速顯微精確成像，團隊測量了微流管道中細菌軌跡、速度大小與取向，獲得了大量細菌運動統計結果，管道中流量越大，細菌越容易做橫向游動；越接近管道壁面（高剪切率）橫向運動越顯著。

如何確立鞭毛手性引起的細菌方向矢量變化，團隊憑借多年的研究經驗與物理直覺推測出了此作用項，從而得到了實驗、模擬、理論驚人的一致結果，建立了手性引起細菌運動驅流普適方程與規律。此外，團隊還有多個相關方面的研究進展。經光銀教授作為論文第一作者，西北大學為第一完成單位，合作者包括巴黎物理化學學院（ESPCI）的Eric Clément、Anke Lindner教授和維也納技術大學的Andreas Z?ttl博士。該項工作受到國家自然科學基金面上項目資助。（文/西安報業全媒體記者 張瀟）