水滴列车揭示自然如何控制血液流量

在一个决策点附近，网上交通地图推荐一条不太拥挤的路线，其他方式有几个慢点。对我们大多数人来说，选择似乎很清楚。但是，你有没有想过，集体选择一条路，会不会导致选择的路出现新的堵车？事实上，交通拥堵是不断变化的，因为司机对“更快路线”偏好的积累会产生新的拥堵。系统中的这些交替组称为网络振荡。从道路到电脑电缆路由器和血管，我们的生活被编织在网络中。振荡是一种普遍存在的网络现象，其特点是节点和路径的选择。

韩国基础科学研究所(IBS)软材料和生命材料中心的科学家与波兰科学院(PAN)合作，报告说他们在微流体微滴网络中发现了自发振荡。科学家用最简单的方式成功模拟了类似于我们毛细血管的网络通道，其中包含一个或两个环。他们还提出，血细胞之间的碰撞和厚度的不规则性可以抑制生物网络中的振荡。这项研究可以帮助我们理解微血管网络中血流振荡的发生和相应的行为。

微流控评估是新科学实验和创新最有前途的领域之一，用于通过微通道处理从液滴中分离样品。尽管有这种潜力，以前对微流体的研究仅限于没有这种振荡的简单通道。IBS的科学家设计了一个新的实验系统来研究复杂网络中的液滴流动。微流体网络分别包括具有内环的不同分支，这些分支具有对称的形状，使得每个分支被液滴选择的概率相等。

在实验中，液滴最初在网络中均匀扩散，就像一辆有规律移动的长链火车车厢。(图1b)随着时间的推移，它们慢慢地组织成一群，好像粘在那根树枝上，而把另一根树枝弄清楚。这种群集在两个主要分支之间周期性振荡。这项研究的第一合著者Olgierd Cybulski博士说：“我们已经证明了这种振荡是微流体网络中一种持续的、自我维持的现象。即使网络的维数和拓扑发生变化，也会发现自发振荡。这解释了近百年前发现的毛细血管持续振荡的机制。”

值得注意的是，这项研究显示了这种持续的振荡是如何被自然驯服的。血管大规模振荡可能导致血流失衡，导致高血压和缺氧。研究人员发现，通过计算机模拟向网络中添加随机变量可以减少血液交通拥堵。这表明血流不规则性如细胞碰撞或直径变化可以帮助我们避免微血管网络中的危险振荡。

“这项研究揭示了微流体网络的机制，增强了我们对毛细血管的理解，”该研究的IBS中心负责人兼合著者Bartosz Grzybowski解释道。“从自然中学习，人工微流体系统将提供一个新的平台，在未来通过使用网络振荡来分离和合并水滴，”他补充说。

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