用人类的手处理非常柔软、易碎的物品而不损坏它们已经够难的了，更不用说用实验室仪器在显微镜下操作了。三项新的研究表明，科学家们如何利用精确控制的流体流动来打磨处理微小软颗粒的技术。这项技术允许研究人员测试这些软颗粒的物理极限，以及由它们制成的东西——从生物组织到织物柔软剂。
这三项研究由伊利诺伊大学的查尔斯·施罗德(Charles Schroeder)、雷和贝弗利·芒策(Ray and Beverly Mentzer)学院化学和生物分子工程学者领导，详细介绍了Stokes阱的技术和应用。在最新发表在《软物质》(Soft Matter)杂志上的研究中，研究小组利用斯托克斯陷阱(Stokes trap)研究了囊泡的动力学。囊泡是一种充满液体的软质颗粒，是细胞的简化版，与生物系统直接相关。这是对《物理评论流体》和《物理评论应用》两篇最新研究的跟进，这两篇研究扩大了诱捕法的力量。
化学和生物分子工程研究生、两项研究的主要作者Dinesh Kumar说:“还有其他几种操纵小颗粒的技术，比如广泛使用的、获得诺贝尔奖的光阱法，它使用仔细排列的激光来捕捉颗粒。”“与其他方法相比，Stokes阱有几个优点，包括便于研究多个粒子，以及能够控制不同形状粒子(如杆或球)的方向和轨迹。”
有了改进的Stokes阱技术，研究小组开始了解脂囊泡远离正常平衡状态时的动力学。
施罗德说:“我们想知道当这些粒子被强气流拉动时会发生什么。”“在实际应用中，这些材料在相互作用时被拉伸;它们被加工、注入并不断承受导致变形的应力。它们变形时的行为对它们的使用、长期稳定性和加工性能有重要影响。
库马尔说:“我们发现，当囊泡在强气流中变形时，它们会拉伸成三种不同的形状——对称哑铃、非对称哑铃或椭球形。”“我们观察到这些形状的转变与囊泡内外流体的粘度无关。这说明斯托克斯陷阱是一种测量软材料在溶液中远离平衡的拉伸动力学的有效方法。
通过他们的新数据，研究小组能够制作出一个相图，研究人员可以用它来确定某些类型的流体流动将如何影响变形，最终，当从不同的流动方向被拉时，软颗粒的物理特性。
库马尔说:“例如，织物柔软剂等产品是由囊泡悬浮物组成的，当它们聚集在一起时，就不能正常工作。”“使用Stokes阱，我们可以找出是什么类型的粒子相互作用导致气泡聚集，然后设计出性能更好的材料。”
研究人员说，这项技术目前受到Stokes阱所能捕捉和处理的粒子大小的限制。他们正在与粒子,一般直径大于100纳米,但为了使这个技术直接应用于生物系统,他们将需要能够抓住粒子直径10到20纳米——或甚至一个单一的蛋白质。
该团队目前正致力于捕获更小的颗粒，并与斯坦福大学的同事合作，将Stokes阱应用于膜蛋白的研究。
——文章发布于2019年12月23日
