2025年理论物理所重要科研进展系列（十五）：活性物质的理论研究

背景：自然界中细菌常生活在微米尺度的受限环境中，传统理论主要关注细菌在单一表面附近的运动行为，认为其受"力偶极子"流场主导，导致细菌被吸引至表面并聚集，这是生物膜形成的关键步骤。然而，真实环境多为多边界受限空间，细菌在此类条件下的运动规律及机制尚不明确。研究目的：探究空间限制对游泳细菌近表面运动行为的影响，揭示其背后的物理机制，突破传统认知。结论：研究发现，在两层平行板构成的狭窄空间中，细菌会减少表面聚集，转向中央区域聚集，这一反常现象由高阶流体力学相互作用——"力四极子"主导；理论模型和实验证实，力四极子产生的旋转流场施加力矩使细菌逃离表面，定量解释了受限环境下细菌分布变化，为调控微生物行为提供了新视角，在微生物生态学和工业生物技术中具有应用潜力。