科学家打造人工胃窦以揭示食物消化的流体动力学

在《Physics of Fluids》中发表的文章中，他们揭示了一种基于液滴破裂和互补计算机模拟导出的传输现象的分类效应。

胃的相关部位是储存食物的器官；胃窦是食物被磨碎的地方；幽门或幽门括约肌是连接小肠的组织瓣膜的地方。慢波肌肉收缩从身体开始，随着波的速度和振幅的增加形成窦性收缩波(ACW)并传播到幽门。

据了解，研究人员的胃窦装置是由一个圆柱体和一个空心活塞组成，其中，圆柱体的一端盖上盖子以模仿幽门封闭的状态，空心活塞则在圆柱体内移动以模仿ACW。通过计算机模拟和实验测量验证，该模型产生了腔内存在的反推射流特性。

研究人员通过测定ACW产生的流场中的液滴破碎来定量测定食物的分解。他们对不同粘度的不同模型流体系统展开研究，以此来解释消化食物的广泛物理特性。液滴的大小和其他参数类似于真正的胃。

液滴破碎发生在空心活塞表面附近，那里的流场速度较慢但应变率较高，因此液滴在较长时间内受到较高的剪切应力。活塞中心附近的液滴没有发生破裂是因为应力更小、停留时间更短。

论文合著者Damien Dufour说道：“从这个简单的原型中提取的结果加深了对发生在胃中的分解过程的了解。靠近壁的液滴会在输送到幽门时破裂。中心的液滴会返回到本体，体积则没有大幅缩小，随后分解。人们可以将ACW的这种联合作用视为分类效应。”