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为有源系统建立更好的扩散模型

在正常情况下,粒子在通过液体和气体扩散时会遵循公认的随机运动。但是在某些类型的系统中,这种行为可能会被破坏,这意味着粒子的扩散运动不再受先前事件链结果的影响。通过发表在EPJ E上的研究,Bernhard Mitterwallner的博士学位。德国柏林自由大学的Roland Netz团队的一名学生开发了新的理论,详细介绍了如何在广义数学模型中重现这些异常动态。

该团队的方法可以使研究人员更多地了解行为,包括生物细胞的运输以及“活性”物质的运动,这些物质的颗粒在周围环境中收集能量以推动自身前进。通常,这些扩散特性只会在系统在稳定状态之间转换时短暂出现-但在正确的条件下,它们可以持续更长的时间范围。研究人员可以通过在计算中引入“记忆条件”来研究这种影响,该记忆条件可以说明过去事件在不同时间范围内的影响。现在有几项研究使用此原理来探索如何在粘弹性介质模型中捕获这种“瞬态持续运动”,该模型在施加应力时可以抵抗变形。

作者在研究中采用了更一般的方法。他们的计算基于运动方程,该运动方程为描述非常规扩散行为提供了有用的框架。当将记忆项添加到方程式中时,它们的模型会在一系列不同的系统中引起瞬时持续运动,这在先前的研究中并未进行探讨。研究小组的结果现在可以使研究人员能够在更广泛的情况下准确地模拟扩散行为,并且对于研究对周围环境有反应的高级材料尤其有用。

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