International Research Fellowship Program: Driving Fluids with Rotating and Beating Semiflexible Polymers

国际研究奖学金计划:用旋转和跳动半柔性聚合物驱动流体

基本信息

  • 批准号:
    0401508
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Fellowship Award
  • 财政年份:
    2004
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2004-10-01 至 2006-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The International Research Fellowship Program enables U.S. scientists and engineers to conduct three to twenty-four months of research abroad. The program's awards provide opportunities for joint research, and the use of unique or complementary facilities, expertise and experimental conditions abroad.This award will support a twenty-four month research fellowship by Dr. Alfredo Alexander-Katz to work with Dr. Roland Netz at the University of Munich, in Germany. This project will be supported by the Math and Physical Sciences Directorate's Office of Multidisciplinary Activities.Nature has developed a variety of methods to move microorganisms within viscous media. Typical strategies for producing hydrodynamic drag in this regime involve either (a) rotating polymeric spirals (flagella) or (b) beating semiflexible polymers that normally form quite densely grafted areas (cilia). Within this project, the PI will perform a theoretical study of the intricate coupling between the elastic properties and the hydrodynamic interactions within the moving polymer (and with the supporting cell surface), which leads to shape deformations at large driving forces. Although the underlying hydrodynamic equations are linear, the coupling to elastic degrees of freedom leads to non-linearities that play an important and hitherto neglected role for the production of directed drag. In the first stage of the project, the PI will analyze and understand the two biologically relevant situations of a rotating flagella and beating cilia, and in specific calculate the resulting shape deformations of the polymers as a function of applied torque. The second part of the project will be destined to develop in a biomimetic fashion strategies for pumping or mixing fluids within micro-fluidic chips using beating synthetic ciliae, or magnetically driven rotating semiflexible polymers (either single filaments, or polymer brushes).
国际研究奖学金计划使美国科学家和工程师能够在国外进行三到二十四个月的研究。 该计划的奖项为联合研究提供了机会,并利用国外独特或互补的设施,专业知识和实验条件。该奖项将支持Alfredo Alexander-Katz博士与罗兰Netz博士在德国的慕尼黑大学进行为期24个月的研究。 该项目将得到数学和物理科学理事会多学科活动办公室的支持。大自然已经开发了各种方法来移动粘性介质中的微生物。 在这种情况下产生流体动力阻力的典型策略包括(a)旋转聚合物螺旋(鞭毛)或(B)击打通常形成相当密集的接枝区域(纤毛)的半柔性聚合物。在该项目中,PI将对运动聚合物(以及支持细胞表面)内的弹性特性和流体动力学相互作用之间的复杂耦合进行理论研究,这导致在大驱动力下的形状变形。虽然基本的流体动力学方程是线性的,但与弹性自由度的耦合导致了非线性,非线性对产生定向阻力起着重要而迄今被忽视的作用。 在项目的第一阶段,PI将分析和理解旋转鞭毛和跳动纤毛这两种生物学相关情况,并具体计算聚合物的形状变形作为施加扭矩的函数。该项目的第二部分将致力于以仿生方式开发使用跳动的合成纤毛或磁驱动旋转半柔性聚合物(单丝或聚合物刷)在微流控芯片内泵送或混合流体的策略。

项目成果

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