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當(dāng)前位置：首頁技術(shù)文章中山大學(xué)新研究！管蟲鰓絲被動彎曲實(shí)現(xiàn)高效濾食的機(jī)制

中山大學(xué)新研究高效流通！管蟲鰓絲被動彎曲實(shí)現(xiàn)高效濾食的機(jī)制

更新時間：2025-12-26點(diǎn)擊次數(shù)：204
管蟲（Annelida: Sabellidae）為懸浮濾食的多毛綱動物有效性，借助輻射狀鰓冠從海水中過濾懸浮顆羷撔聝热?；蛭⑿∩铮S持生長與繁殖【哂兄匾饬x！耙率匙⌒?大部分，關(guān)于“衣"與“住"強大的功能，已有研究團(tuán)隊(duì)揭示了它們借助粘液分泌構(gòu)筑管狀棲居結(jié)構(gòu)，并在復(fù)雜流場中選擇與改造微環(huán)境解決方案。作者團(tuán)隊(duì)也在“行"這一章節(jié)進(jìn)行了大量研究優勢，系統(tǒng)解析了管蟲如何通過形態(tài)和行為調(diào)整在水流環(huán)境中實(shí)現(xiàn)移動和微調(diào)善謀新篇。將這些章節(jié)串聯(lián)起來，可以更清晰地看到一個核心問題——“食"為什么更值得深入方法？在真實(shí)海洋里，多相顆粒譜提供有力支撐、脈動湍流與營養(yǎng)梯度共同作用切實把製度，管蟲鰓冠既是機(jī)械的過濾器，又承擔(dān)著與顆粒相互作用的微尺度物理過程和生理響應(yīng)自行開發。弄清管蟲如何在這種復(fù)雜耦合下保持高效濾食進行部署，不僅是滿足基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)空白的必要步驟，也可能為污染監(jiān)測應用情況、生態(tài)修復(fù)和仿生過濾器設(shè)計(jì)提供新思路保護好。

近期，中山大學(xué)吳嘉寧副教授團(tuán)隊(duì)揭示了管蟲的靈活鰓絲被動彎曲實(shí)現(xiàn)高效濾食的機(jī)制表現，為海洋濾食性生物的過濾機(jī)制提供了新見解特點，并有望為開發(fā)仿生水下顆粒捕獲器提供新的靈感。研究成果以“Flexible filaments of a fan worm make filtration functionally flexible"為題發(fā)表在期刊《Cell Reports Physical Science》上相互配合。中山大學(xué)碩士研究生陳欣欣為作者慢體驗，中山大學(xué)吳嘉寧副教授和王劍穎副教授為共同通訊作者。

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管蟲是一種固著型多毛類懸浮濾食動物智能化，通常棲息于由自身分泌的粘液構(gòu)成的固定粘液管中科技實力。其鰓冠由輻射狀的鰓絲組成，且鰓絲兩側(cè)由羽狀小片（即小羽）建設，兼具水下呼吸與濾食的雙重功能重要的。在復(fù)雜水流環(huán)境中，管蟲鰓絲能通過適應(yīng)性彎曲形態(tài)響應(yīng)水流變化姿勢。環(huán)境水流速度從靜止上升至約0.46 m/s時相互融合，鰓絲呈現(xiàn)連續(xù)增強(qiáng)的彎曲形態(tài)。

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管蟲鰓絲的彎曲顯著提高濾食效率綠色化，同時實(shí)現(xiàn)基于顆粒尺寸的選擇性濾食不同需求。在PIV實(shí)驗(yàn)和多相流模擬中，當(dāng)鰓絲發(fā)生彎曲時保持穩定，對直徑約3 µm顆粒的捕獲數(shù)目達(dá)到212總之，相對于原始靜水形態(tài)提高了117%。研究團(tuán)隊(duì)采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（microArch® S240支撐作用，精度：10 μm）制備了管蟲彎曲鰓絲樣件研學體驗。

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更進(jìn)一步，管蟲對小于4 µm的顆粒顯示出明顯偏好最為突出。在這一粒徑區(qū)間內(nèi)落實落細，單位時間的捕獲數(shù)目并不會無限增長相結合，而是出現(xiàn)平臺化——即發(fā)生了飽和效應(yīng)，即管蟲鰓絲具有尺寸選擇性的濾食能力製高點項目。

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管蟲鰓絲的彎曲通過微尺度流場調(diào)控增強(qiáng)其顆粒捕獲能力和實(shí)現(xiàn)選擇性過濾為產業發展。當(dāng)水流流過時，彎曲鰓絲在其背風(fēng)側(cè)誘導(dǎo)形成局部渦流認為，形成微尺度“顆粒陷阱"服務好，延長顆粒在背風(fēng)區(qū)的滯留概率，從而提高捕獲效率反應能力。

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與此同時共謀發展，相鄰小羽間的流體分離產(chǎn)生回流區(qū)與渦流，顯著促進(jìn)微小顆粒（1-4 µm）的滯留結構重塑。此外聽得懂，負(fù)壓梯度進(jìn)一步將微粒驅(qū)向滯留區(qū)域，促使顆粒在靠近小羽表面的區(qū)域聚集并增加與鰓絲的相互作用時間高質量發展，提高捕獲效率全方位。因此，鰓絲彎曲并非單純的幾何改變影響力範圍，而是一種通過流場調(diào)控實(shí)現(xiàn)的“微流體策略"大局，將流體動力學(xué)與結(jié)構(gòu)—表面相互作用耦合起來，打造出高效且有選擇性的濾食機(jī)制不合理波動。

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進(jìn)一步宣講手段，研究團(tuán)隊(duì)還基于管蟲鰓絲彎曲的高效濾食機(jī)制，開發(fā)了一個尺寸選擇性濾食模型積極拓展新的領域，該模型可以推廣至與管蟲一樣具有類似過濾器官的生物配套設備，有助于預(yù)測不同水流環(huán)境中管蟲對浮游生物和顆粒有機(jī)物的攝取能力。該模型既可評估自然界中扇形蠕蟲的凈化能力相對開放，也可用于評估受扇形蠕蟲啟發(fā)的濾食型水質(zhì)監(jiān)測機(jī)器人的凈化效能推進高水平。