Collaborative research: The effects of fluid flow on flagellar mechanics and microbial motility

合作研究:流体流动对鞭毛力学和微生物运动的影响

基本信息

  • 批准号:
    1700961
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-15 至 2021-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Swimming cells including plankton, sperm, and bacteria play a crucial role in the environment, in human health, and in industrial systems. These cells breakdown pollutants and waste products, transport DNA during reproduction, and provide a promising source of renewable biofuel. Swimming is a fundamental strategy of many single cells, which use hair-like flagella to swim toward nutrients and mates, and away from toxins. However, sometimes cells must ?swim upstream?, and overcome ubiquitous currents and ambient flow of the fluid in which they swim. The role of fluid flow on flagellar mechanics and the spontaneous movement of cells is not well understood. This research project is studying how fluid flow modifies flagellar motion through a combination of direct imaging and mathematical modeling. This work has broad implications for the development of medical devices and medical treatments, the improvement of bioreactors and biofuel production efficiency, and understanding ecosystem dynamics in oceans, lakes, and groundwater. Ambient velocity gradients are known to lead to strong accumulations of cells in flow regions characterized by high shear rates, and the nature of the cell accumulation is strongly dependent on cell motility, shape, and flagellation. This research project uses a synergistic approach incorporating microfluidics and high-speed imaging with state-of-the-art numerical simulations to: (1) Determine the hydrodynamic effects of flow on the flagellar beating of single, tethered cells; (2) Determine how externally-imposed flow affects the hydrodynamics and transport of free swimming cells through flagellar deformation; (3) Establish how flagellar mechanics couple to collective, self-generated flows in dense suspensions of active cells. This project is opening a new, rich research direction in single cell hydrodynamics, where the role of fluid flow has been largely neglected, despite its many implications for biology, ecology and medicine. The researchers on this project are establishing unique empirical data sets and numerical models that map the effects of external fluid forces on active force generation inside flagella, and such information will be an asset to microbiologists, ecologists, and biophysicists interested in modeling cell locomotion. The project is also extending existing methods to quantify flow-structure interactions by characterizing the deformation of flexible appendages having internal force generation, i.e. flagella. Graduate and undergraduate students supported by this project are receiving unique interdisciplinary training in fluid dynamics and microbial biophysics. A hands-on high-speed imaging interactive exhibit at the Indiana State Museum is incorporating these research themes, which will reach middle school students who attend the museum.
浮游生物、精子和细菌等游动细胞在环境、人类健康和工业系统中发挥着至关重要的作用。这些细胞分解污染物和废物,在繁殖过程中运输DNA,并提供了一种有前途的可再生生物燃料来源。游泳是许多单细胞的基本策略,它们利用毛发状的鞭毛向营养物质和配偶游去,远离毒素。然而,有时细胞必须?游上游吗?克服无处不在的水流和它们游泳的环境流体。流体流动在鞭毛力学和细胞自发运动中的作用尚不清楚。这个研究项目是通过直接成像和数学建模的结合来研究流体流动如何改变鞭毛运动。这项工作对医疗设备和医疗的发展、生物反应器和生物燃料生产效率的提高以及海洋、湖泊和地下水生态系统动力学的理解具有广泛的意义。众所周知,环境速度梯度会导致以高剪切速率为特征的流动区域的细胞强烈积聚,而细胞积聚的性质强烈依赖于细胞的运动性、形状和鞭毛。本研究项目采用微流体、高速成像和最先进的数值模拟相结合的协同方法:(1)确定流动对单个系住细胞鞭毛跳动的流体动力学影响;(2)确定外界施加的水流如何通过鞭毛变形影响自由游动细胞的流体力学和运输;(3)确定鞭毛力学如何与活跃细胞密集悬浮液中集体、自生流动耦合。该项目在单细胞流体动力学领域开辟了一个新的、丰富的研究方向,流体流动的作用在很大程度上被忽视,尽管它在生物学、生态学和医学方面具有许多意义。该项目的研究人员正在建立独特的经验数据集和数值模型,以绘制外部流体力对鞭毛内主动力产生的影响,这些信息将成为微生物学家,生态学家和对细胞运动建模感兴趣的生物物理学家的资产。该项目还扩展了现有的方法,通过表征具有内力产生的柔性附属物(即鞭毛)的变形来量化流动-结构相互作用。本项目支持的研究生和本科生在流体动力学和微生物生物物理学方面接受独特的跨学科培训。印第安纳州立博物馆的一个动手高速成像互动展览结合了这些研究主题,将向参观博物馆的中学生开放。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Motion of an inertial squirmer in a density stratified fluid
  • DOI:
    10.1017/jfm.2020.719
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    R. More;A. Ardekani
  • 通讯作者:
    R. More;A. Ardekani
Nearly touching spheres in a viscoelastic fluid
粘弹性流体中几乎接触的球体
  • DOI:
    10.1063/5.0060222
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Dandekar, Rajat
  • 通讯作者:
    Dandekar, Rajat
Hydrodynamic attraction of bacteria to gas and liquid interfaces
  • DOI:
    10.1103/physreve.100.062605
  • 发表时间:
    2019-12-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Ahmadzadegan, Adib;Wang, Shiyan;Ardekani, Arezoo M.
  • 通讯作者:
    Ardekani, Arezoo M.
Swimming sheet in a density-stratified fluid
密度分层流体中的游泳片
  • DOI:
    10.1017/jfm.2019.445
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Dandekar, Rajat;Shaik, Vaseem A.;Ardekani, Arezoo M.
  • 通讯作者:
    Ardekani, Arezoo M.
Viscoelastic instability in an asymmetric geometry
非对称几何结构中的粘弹性不稳定性
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Arezoo Ardekani其他文献

Numerical study of the effects of minor structures and mean velocity fields in the cerebrospinal fluid flow
  • DOI:
    10.1186/s12987-024-00604-x
  • 发表时间:
    2024-12-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.200
  • 作者:
    Ziyu Wang;Mohammad Majidi;Chenji Li;Arezoo Ardekani
  • 通讯作者:
    Arezoo Ardekani

Arezoo Ardekani的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Arezoo Ardekani', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Stability and dispersion of viscoelastic flows through porous media
合作研究:多孔介质粘弹性流的稳定性和分散性
  • 批准号:
    2141404
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Accumulation of particles and organisms in density stratified fluids with applications in algal blooms
密度分层流体中颗粒和生物体的积累及其在藻华中的应用
  • 批准号:
    1604423
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
PECASE:Fluid Dynamics of bacterial aggregation and formation of biofilm streamers
PECASE:细菌聚集和生物膜流形成的流体动力学
  • 批准号:
    1445955
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
EAGER: Collaborative Research: Cloaking in stratified fluids
EAGER:合作研究:分层流体中的隐形
  • 批准号:
    1445672
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: Collaborative Research: Cloaking in stratified fluids
EAGER:合作研究:分层流体中的隐形
  • 批准号:
    1414581
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Conference on Active Fluids: Bridging Complex Fluids and Biofluids
活性流体会议:桥接复杂流体和生物流体
  • 批准号:
    1343062
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER:Fluid Dynamics of bacterial aggregation and formation of biofilm streamers
职业:细菌聚集和生物膜流形成的流体动力学
  • 批准号:
    1150348
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Swimming and Settling in Stratified Fluids
合作研究:分层流体中的游泳和沉降
  • 批准号:
    1066545
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

Research on Quantum Field Theory without a Lagrangian Description
  • 批准号:
    24ZR1403900
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
HIF-1α调控软骨细胞衰老在骨关节炎进展中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82371603
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
PRNP调控巨噬细胞M2极化并减弱吞噬功能促进子宫内膜异位症进展的机制研究
  • 批准号:
    82371651
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
脐带间充质干细胞微囊联合低能量冲击波治疗神经损伤性ED的机制研究
  • 批准号:
    82371631
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
TIPE2调控巨噬细胞M2极化改善睑板腺功能障碍的作用机制研究
  • 批准号:
    82371028
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
骨髓ISG+NAMPT+中性粒细胞介导抗磷脂综合征B细胞异常活化的机制研究
  • 批准号:
    82371799
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    47.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
超声驱动压电效应激活门控离子通道促眼眶膜内成骨的作用及机制研究
  • 批准号:
    82371103
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Lienard系统的不变代数曲线、可积性与极限环问题研究
  • 批准号:
    12301200
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
利用CRISPR内源性激活Atoh1转录促进前庭毛细胞再生和功能重建
  • 批准号:
    82371145
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    46.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CD8+T细胞亚群在抗MDA5抗体阳性皮肌炎中的致病机制研究
  • 批准号:
    82371805
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    45.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: Humidity and Temperature Effects on Phase Separation and Particle Morphology in Internally Mixed Organic-Inorganic Aerosol
合作研究:湿度和温度对内部混合有机-无机气溶胶中相分离和颗粒形态的影响
  • 批准号:
    2412046
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SG: Effects of altered pollination environments on plant population dynamics in a stochastic world
合作研究:SG:随机世界中授粉环境改变对植物种群动态的影响
  • 批准号:
    2337427
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SG: Effects of altered pollination environments on plant population dynamics in a stochastic world
合作研究:SG:随机世界中授粉环境改变对植物种群动态的影响
  • 批准号:
    2337426
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Uncovering the Effects of Body-Worn Cameras on Officer and Community Outcomes
合作研究:揭示随身摄像头对警官和社区结果的影响
  • 批准号:
    2317448
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
COLLABORATIVE RESEARCH: Quantifying the effects of variable light and iron on the nitrate assimilation isotope effect of phytoplankton
合作研究:量化可变光和铁对浮游植物硝酸盐同化同位素效应的影响
  • 批准号:
    2333913
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Quantifying the thermal effects of fluid circulation in oceanic crust on temperatures in the southern Mexico subduction zone
合作研究:量化洋壳流体循环对墨西哥南部俯冲带温度的热效应
  • 批准号:
    2234705
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Quantifying the thermal effects of fluid circulation in oceanic crust on temperatures in the southern Mexico subduction zone
合作研究:量化洋壳流体循环对墨西哥南部俯冲带温度的热效应
  • 批准号:
    2234706
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Pressure effects on microbially-catalyzed organic matter degradation in the deep ocean
合作研究:压力对深海微生物催化有机物降解的影响
  • 批准号:
    2241721
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Effects of instructional analogies on illusions of understanding in Introductory Geoscience
合作研究:教学类比对地球科学导论中理解错觉的影响
  • 批准号:
    2300990
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Clinical and Translational Science Collaborative of Northern Ohio, An Intensive Summer Education Program in Translational Research for Underrepresented Students (INSPIRE-US)
俄亥俄州北部的临床和转化科学合作组织,针对代表性不足的学生的转化研究强化暑期教育项目 (INSPIRE-US)
  • 批准号:
    10703730
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25.57万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了