Interfacial flow around a pusher bacterium
Interfacial flow around a pusher bacterium
复制标题
推杆细菌周围的界面流
DOI：
10.1017/jfm.2023.905
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Stebe, Kathleen J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Deng, Jiayi;Molaei, Mehdi;Chisholm, Nicholas G.;Stebe, Kathleen J.
能动细菌在生物学中发挥着重要作用，依赖于它们的动态行为，包括它们的导航，相互作用和自我组织能力。然而，流体界面上的细菌动力学还没有得到很好的理解。吸附在流体界面上的游泳者保持高度能动性，并且流体界面是改变游泳行为的高度非理想域。为了了解这些影响，我们研究了铜绿假单胞菌PA01在推流模式下产生的流场。示踪剂和细菌的相关位移的分析揭示了偶极流场与意想不到的不对称，显着不同，从他们的同行在散装流体。我们将流场分解为不可压缩流体界面中游泳者的基本流体动力学模式。我们发现一个预期的力偶极子模式对应于推进和阻力在界面平面，和第二个偶极模式，与鞭毛上的细胞体在水相，在界面中的马兰戈尼应力反击所施加的力。这些模式的平衡取决于细菌的捕获界面配置。了解这些流动在自然界和仿生游泳者的设计中是非常重要的。
Motile bacteria play essential roles in biology that rely on their dynamic behaviours, including their ability to navigate, interact and self-organize. However, bacteria dynamics on fluid interfaces are not well understood. Swimmers adsorbed on fluid interfaces remain highly motile, and fluid interfaces are highly non-ideal domains that alter swimming behaviour. To understand these effects, we study flow fields generated by Pseudomonas aeruginosa PA01 in the pusher mode. Analysis of correlated displacements of tracers and bacteria reveals dipolar flow fields with unexpected asymmetries that differ significantly from their counterparts in bulk fluids. We decompose the flow field into fundamental hydrodynamic modes for swimmers in incompressible fluid interfaces. We find an expected force-doublet mode corresponding to propulsion and drag at the interface plane, and a second dipolar mode, associated with forces exerted by the flagellum on the cell body in the aqueous phase that are countered by Marangoni stresses in the interface. The balance of these modes depends on the bacteria's trapped interfacial configurations. Understanding these flows is broadly important in nature and in the design of biomimetic swimmers.
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