物理化学与生物物理学杂志
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抽象的

液滴挤压通过圆形和狭缝收缩的传输时间理论

Ethan Sun*、Lubna Shah、彭张丽

我们推导出了粘性液滴在恒定规定压力下通过微尺度小孔和狭缝的渡越时间的解析方程和解。这些数学分析的动机是生物细胞穿过血管和正弦曲线中的小孔，以及液滴穿过微流体中人工设计的孔的重要过程。首先，我们结合桑普森解、泊肃叶流和杨-拉普拉斯方程推导了液滴通过圆形孔的常微分方程（ODE）。如果表面张力可以忽略不计，我们就得出了渡越时间的闭式解。如果表面张力是有限的，通过数值求解这些常微分方程，我们研究了压力、孔隙尺寸、表面张力、粘度和液滴尺寸对通过时间的影响。此外，我们将研究从圆形孔扩展到狭缝，这在许多生理和工程应用中更加现实。使用这些分析模型，我们发现，仅当表面张力可以忽略不计时，传输时间与粘度成线性正比，与长度和液滴体积近似成线性正比，并且与压力近似成反比线性。它也是孔隙半径和狭缝宽度的高度非线性函数。我们还比较了圆形孔和具有相同横截面积的狭缝的通过时间。我们的结果表明，在实际应用中的大多数情况下，狭缝中的传输时间总是比圆形孔中的传输时间长。我们的结果将为设计液滴微流体和理解细胞穿过收缩提供定量计算。我们将研究从圆形孔扩展到狭缝，这在许多生理和工程应用中更加现实。使用这些分析模型，我们发现，仅当表面张力可以忽略不计时，传输时间与粘度成线性正比，与长度和液滴体积近似成线性正比，并且与压力近似成反比线性。它也是孔隙半径和狭缝宽度的高度非线性函数。我们还比较了圆形孔和具有相同横截面积的狭缝的通过时间。我们的结果表明，在实际应用中的大多数情况下，狭缝中的传输时间总是比圆形孔中的传输时间长。我们的结果将为设计液滴微流体和理解细胞穿过收缩提供定量计算。我们将研究从圆形孔扩展到狭缝，这在许多生理和工程应用中更加现实。使用这些分析模型，我们发现，仅当表面张力可以忽略不计时，传输时间与粘度成线性正比，与长度和液滴体积近似成线性正比，并且与压力近似成反比线性。它也是孔隙半径和狭缝宽度的高度非线性函数。我们还比较了圆形孔和具有相同横截面积的狭缝的通过时间。我们的结果表明，在实际应用中的大多数情况下，狭缝中的传输时间总是比圆形孔中的传输时间长。我们的结果将为设计液滴微流体和理解细胞穿过收缩提供定量计算。