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张何朋课题组在PNAS发表关于螺旋鞭毛驱动效率及优化最新研究成果

近期,国际顶级学术期刊美国科学院院报 ( Proceedings of the National Academy of Sciences, 简称PNAS) 发表了上海交大自然科学研究院及物理系特别研究员张何朋为通讯作者题为“Propulsion of microorganisms by a helical flagellum”的论文(1月 14号,PNAS), 报道了他们关于细菌游动的力学机理研究的最新进展。PNAS为美国科学院主办的高水平的学术期刊,是科学界影响力最高的综合性期刊之一,涵盖数学、物理、 化学、生物、等所有科学领域。

微生物的尺寸在微米到毫米量级,该尺度上流体施加粘滞力远大于微生物自身的惯性力,流体方程有时间反演对称的特性;因此微生物游动的力学机制和为人熟知的宏观生物大不相同,有待研究。我们以细菌游动为代表探讨了该问题,通过实验、数值和理论手段研究仿生细菌鞭毛的驱动效率,找到产生最大驱动力的优化外型;同时证明广泛使用的Resistive force theory不能定量描述细菌驱动。该工作为建立细菌驱动的精确模型提供重要实验数据,有望推动新一代理论模型的建立。

参考文献:”Propulsion of microorganisms by a helical flagellum,” Proceedings of the National Academy of Sciences, 110, E338–E347 (2013). [Journal URL]