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Active microfluidic transport in two-dimensional handlebodies.
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2020-08-18 , DOI: 10.1039/d0sm00610f Jérôme Hardoüin 1 , Justine Laurent 2 , Teresa Lopez-Leon 2 , Jordi Ignés-Mullol 1 , Francesc Sagués 1
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2020-08-18 , DOI: 10.1039/d0sm00610f Jérôme Hardoüin 1 , Justine Laurent 2 , Teresa Lopez-Leon 2 , Jordi Ignés-Mullol 1 , Francesc Sagués 1
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Unlike traditional nematic liquid crystals, which adopt ordered equilibrium configurations compatible with the topological constraints imposed by the boundaries, active nematics are intrinsically disordered because of their self-sustained internal flows. Controlling the flow patterns of active nematics remains a limiting step towards their use as functional materials. Here we show that confining a tubulin–kinesin active nematic to a network of connected annular microfluidic channels enables controlled directional flows and autonomous transport. In single annular channels, for narrow widths, the typically chaotic streams transform into well-defined circulating flows, whose direction or handedness can be controlled by introducing asymmetric corrugations on the channel walls. The dynamics is altered when two or three annular channels are interconnected. These more complex topologies lead to scenarios of synchronization, anti-correlation, and frustration of the active flows, and to the stabilisation of high topological singularities in both the flow field and the orientational field of the material. Controlling textures and flows in these microfluidic platforms opens unexplored perspectives towards their application in biotechnology and materials science.
中文翻译：
二维车体中的主动微流体运输。
与传统的向列液晶不同，传统的向列液晶采用与边界所施加的拓扑约束相适应的有序平衡构型，而主动向列液晶由于其自身的内部持续流动而固有地无序。控制活性向列型的流型仍然是对其用作功能材料的限制步骤。在这里，我们表明，将微管蛋白-激肽活性向列分子限制在连接的环形微流体通道网络中可以实现定向流和自主运输。在单个环形通道中，对于较窄的宽度，典型的混沌流会转换为定义明确的循环流，可以通过在通道壁上引入不对称波纹来控制其方向或旋顺性。当两个或三个环形通道互连时，动力学会发生变化。这些更复杂的拓扑结构导致活动流出现同步，反相关和受挫的情况，并使材料的流场和方向场中的高拓扑奇点稳定。控制这些微流体平台中的纹理和流向，将其应用于生物技术和材料科学领域开辟了未经探索的视角。
更新日期：2020-09-14
中文翻译：
二维车体中的主动微流体运输。
与传统的向列液晶不同，传统的向列液晶采用与边界所施加的拓扑约束相适应的有序平衡构型，而主动向列液晶由于其自身的内部持续流动而固有地无序。控制活性向列型的流型仍然是对其用作功能材料的限制步骤。在这里，我们表明，将微管蛋白-激肽活性向列分子限制在连接的环形微流体通道网络中可以实现定向流和自主运输。在单个环形通道中，对于较窄的宽度，典型的混沌流会转换为定义明确的循环流，可以通过在通道壁上引入不对称波纹来控制其方向或旋顺性。当两个或三个环形通道互连时，动力学会发生变化。这些更复杂的拓扑结构导致活动流出现同步，反相关和受挫的情况，并使材料的流场和方向场中的高拓扑奇点稳定。控制这些微流体平台中的纹理和流向，将其应用于生物技术和材料科学领域开辟了未经探索的视角。
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