用于能量存储的相关技术以及大脑神经元网络等生物系统,普遍依赖驱动电解质在电场中因电荷作用而产生的迁移过程。近年来,这一概念也被引入纳米尺度工程与生物物理研究,用于合成纳米马达与分子传感器的设计,并用于解释纳米孔等结构中的生物过程。在这些应用场景中,作为背景介质的溶剂及其引发的流体动力学波动被认为对体系行为具有关键影响。
马克斯·普朗克复杂系统研究所(MPI-DS)生命物质物理系主任拉敏·戈莱斯塔尼(Ramin Golestanian)及其合作者在发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的一项研究中表示,纳米尺度驱动电解质的内部环境并非通常设想的“平静黏性介质”。戈莱斯塔尼称,研究结果显示,该环境更接近“湍流的海洋”,在极小尺度下呈现出更为复杂的动力学特征。

研究指出,离子在电场中的运动会产生大尺度的波动流体流动,这些流动会搅动周围介质,从而使所有浸没在其中的粒子出现快速运动,即使这些粒子本身不带电荷。
戈莱斯塔尼进一步表示,这种行为会随系统的时间尺度与维度不同而呈现不同状态。研究团队认为,相关分析凸显了多体流体动力学相互作用在微观非平衡系统中形成涌现性质的主导作用。

研究人员称,该模型可用于描述并预测纳米尺度生物物理系统中粒子的行为,包括离子通道与纳米孔等场景;同时也有助于推动可检测单个分子的纳米尺度传感技术开发。
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