在湍流流體中，各組分很容易混合。然而，在黏度更高的流體中，例如細(xì)胞腔內(nèi)封閉的流體，顆粒和分子的混合則更具挑戰(zhàn)性。由于時(shí)間在此類系統(tǒng)中也起著重要作用，僅靠分子運(yùn)動(dòng)的緩慢混合通常不夠充分，因此需要高效的攪拌策略來(lái)維持其功能。

在馬普托理工學(xué)院生命物質(zhì)物理系，科學(xué)家們研究了這種混合動(dòng)力學(xué)背后的普遍物理原理。他們確定了當(dāng)能量成本或流體運(yùn)動(dòng)成為限制因素時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)最佳混合的方案。該論文發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

“我們發(fā)現(xiàn)，最有效的攪拌策略具有通用結(jié)構(gòu)，并且在時(shí)間上是對(duì)稱的，”該研究的第一作者Luca Cocconi說(shuō)。“這些最優(yōu)方案揭示了在這樣的系統(tǒng)中，信息（例如關(guān)于粒子的身份和位置）被有效擦除的根本限制。”

“我們無(wú)需借助模擬就能得出明確的結(jié)果，”該研究的最后一位作者安德烈·維爾凡（Andrej Vilfan）解釋道。“這非常了不起，因?yàn)檫@類優(yōu)化問(wèn)題通常無(wú)法通過(guò)分析解決。”

總體而言，這項(xiàng)研究加深了對(duì)細(xì)胞和微流體系統(tǒng)中混合動(dòng)力學(xué)的理解。同時(shí)，它為在微尺度工程中設(shè)計(jì)高效的混合策略提供了理論框架。

更多信息： Luca Cocconi 等人，低雷諾數(shù)下的信息最優(yōu)混合，《物理評(píng)論快報(bào)》（2025）。DOI ：10.1103/cl9m-cmhb

期刊信息： 《物理評(píng)論快報(bào)》