揭秘體內(nèi)“毛發(fā)”如何用流動(dòng)影響健康？

我們的身體里面裝有柔軟、微小類(lèi)似地毯般的絨毛，從我們的味蕾一直延伸到我們胃部，再到我們血管中的蛋白質(zhì)鏈。在軟組織表面上的這些毛狀突起物與其浸入的流體電流彎曲和扭曲?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的工程師已經(jīng)找到了一種方法來(lái)預(yù)測(cè)這些微小、柔軟的小絨毛如何在流體流動(dòng)中而彎曲。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)建模，他們發(fā)現(xiàn)：“僵硬的絨毛傾向于在流體流動(dòng)中保持直立，而更有彈性的下垂絨毛容易產(chǎn)生電流”。

然而，其中以正確的角度彎曲的絨毛既不柔軟也不剛性，它可以影響流體流動(dòng)方向。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流體流向它們時(shí)，這種傾斜的絨毛會(huì)變直。在這種情況一點(diǎn)點(diǎn)，絨毛可以減緩流體流動(dòng)，如同暫時(shí)升高的格柵。這可能有助于闡明毛狀表面在身體中的作用。例如，研究人員認(rèn)為血管和腸道中有角度的絨毛可能會(huì)彎曲，以保護(hù)周?chē)M織免受過(guò)量的液體流動(dòng)。

這些發(fā)現(xiàn)還可以幫助工程師設(shè)計(jì)新的微流體裝置，例如液壓閥和二極管小芯片，使各種通道引導(dǎo)流體通過(guò)那些微小而有角度的絨毛。麻省理工學(xué)院機(jī)械工程的負(fù)責(zé)研究該課題的教授表示：“在非常小的尺度上，很難設(shè)計(jì)可以切換的功能。這些有角度的絨毛可以用于制造流體二極管，當(dāng)流體沿一個(gè)方向流向另一個(gè)方向時(shí)，流體二極管從高電阻切換到低電平。”

目前訪課題大規(guī)模的工作已經(jīng)做了很多，但是小規(guī)模的工作卻很少，比如可以適用于生物絨毛的研究。 為了調(diào)查這些非常小的絨毛在流體流動(dòng)中的行為，團(tuán)隊(duì)通過(guò)激光切割丙烯酸片中的小孔來(lái)制造柔軟的絨毛，然后用液體聚合物填充孔。一旦凝固，研究人員就從丙烯酸模具中取出聚合物絨毛床。以這種方式，該團(tuán)隊(duì)制造了多張絨毛床，每張絨毛床大小如同一個(gè)小的Post-it筆記。對(duì)于每張床，研究人員改變了絨毛的密度、角度和彈性。

然后，研究人員將每張絨毛床放置在流變儀中，這是由一個(gè)氣缸組成的儀器。研究人員通常用液體填充氣瓶之間的空間，然后旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒并測(cè)量當(dāng)液體拖動(dòng)外筒時(shí)產(chǎn)生的扭矩。這樣可以使用這個(gè)測(cè)量的扭矩來(lái)計(jì)算液體的粘度。實(shí)驗(yàn)中還將流變儀的內(nèi)圓筒與每個(gè)絨毛床相襯，并用粘稠的蜂蜜狀油填充圓筒之間的空間。然后，研究人員測(cè)量產(chǎn)生的扭矩，以及內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的速度。最終從這些測(cè)量中，計(jì)算出絨毛產(chǎn)生的阻抗或阻力。而我們看到阻抗的差異取決于流體流動(dòng)?；旧?，絨毛正在改變形狀，并改變它們周?chē)牧鲃?dòng)。

為了進(jìn)一步研究，研究人員還開(kāi)發(fā)了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，以表明絨毛在流動(dòng)的流體下的行為。研究人員制定了一個(gè)考慮到流體速度和絨毛尺寸等變量的公式，以重新計(jì)算定標(biāo)流體速度與該流體內(nèi)物體彈性的參數(shù)。

他們發(fā)現(xiàn)，如果重新標(biāo)定的速度太低，則毛發(fā)相對(duì)抗流動(dòng)性并且稍微彎曲。如果重新標(biāo)定的速度太高，則毛發(fā)容易在流體流動(dòng)中彎曲或變形。在這種狀態(tài)下，具有一定角度或彈性的絨毛表現(xiàn)出“不對(duì)稱(chēng)的阻力響應(yīng)”。（科技新發(fā)現(xiàn) 康斯坦丁/文）

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