幕後文章是與國家科學基金會合作提供給生活方面的。
當呼出的氣泡嬉戲地漂浮到水面時，水肺潛水員在海洋中游泳，檢查了珊瑚。珊瑚將觸手移動，捕捉浮游生物和其他富含營養的生物，即他們生存所需的食物。隨著珊瑚恩斯納（Ensnare）的養分，電流流動和大波浪在海中移動，進一步混合了水和養分。結果是動態的，流體的營養交換。可以通過相互作用可視化類似的混合和營養交換人類消化系統。在消化導管中，又稱小腸，營養物質通過肌肉運動通過身體拉鍊。這些導致食物沿消化道沿一個方向擠壓，就像海流一樣。與有組織的蠕動運動混合在一起，來回“晃動”壁運動似乎主要具有類似於通過珊瑚的海浪的混合功能。腸子上的內壁上還襯有微齒狀。這些觸角被肉眼看不見，被稱為“絨毛”。絨毛有肌肉，因此它們擺動並進一步混合沿著腸壁傳播的養分。絨毛運動導致流體向不同的方向旋轉。這種運動產生了許多小的渦流和相互作用，從而改善了消化。Villi援助如何消化這些營養素與小腸內部的絨毛相互作用太小了，無法用肉眼看，研究人員尚未將這些絨毛相互作用與先進的磁共振成像（MRI）技術成像。看到這種流體活動正在運動中，這會讓您的腹部咕umbl和滾滾，這不是很棒的！就像一名藝術家代表深度並塑造了一種材料來產生視覺形狀一樣，詹姆斯·布拉西爾（James Brasseur）和他的多學科團隊正在通過賓夕法尼亞州立大學（Penn State University）的研究來提供自己的藝術。研究小組正在對移動腸液的宏觀運輸過程進行成像。 Brasseur專門研究胃腸道（GI）道的機械生理學，數學建模，計算機模擬和圖像分析。 Brasseur在描述他的工作時說：“我的工作是解決需要工程意見的醫學問題。我專注於兩個類別的問題：GI軌道的神經生理學以及臨床評估和治療。”在包括Thomas Neuberger和Yanxing Wang在內的研究團隊的幫助下，學生Gino Banco和Amit Ailiani，以及共同研究人員Andrew Webb和Nadine Smith，Brasseur及其團隊正在研究營養素運輸和宏觀摩西型小型直腸的建模。該小組使用晶格玻爾茲曼方法（LBM）開發了二維多尺度模型。 Brasseur說：“ LBM是分析我們的生物工程問題的計算工具。” LBM在數學上預測流體運動的行為，以模擬腸道中的宏觀到薄膜混合和運輸。目前，Brasseur博士和該團隊正在將二維LBM擴展到有關Villi如何幫助消化過程的三維研究。 Brasseur正在比較宏觀和微水平的消化過程的養分傳輸。 “我們正在糾結以了解絨毛運動如何有助於消化。我們認為這將有助於消化，因為它會使與上皮的營養比不動。”肌肉收縮還不夠在這一研究領域，Brasseur正在研究小腸內部的液體和食物運動。他的研究團隊正在研究絨毛在腸內的宏觀混合的相互作用和縮放。 “消化過程涉及腸壁中肌肉收縮（直徑約1-2厘米）與絨毛的運動之間的相互作用（約為0.03-0.04 cm的長度）。儘管這些物體確實是很小的物體，但它們對肌肉壁的影響也不足以解釋肌肉的消化。 Brasseur研究小組的未來計劃將流體運動的LBM模型與不同營養分子的“分子動力學”（MD）模擬。他說：“我們的下一步將是在我們的模型中包括單個營養分子。 ” “當我們可以做到這一點時，我們可以研究特定的營養分子的移動方式。例如，我們可以將糖分子與蛋白質分子進行比較，蛋白質分子在小腸中的移動方式不同。通過這個項目，我現在對整個腸道進行了研究，除了結腸外，除了結腸外，除了結腸外。當被問及對未來研究人員的建議時，Brasseur說：“我建議您看看周圍的世界並嘗試弄清楚它。這可以持續您的餘生。”它甚至可能會在您前往加勒比海的下一次烹飪/海洋學之旅中添加有趣的科學轉移。
編者註： 這項研究得到了國家科學基金會的支持（NSF），聯邦機構負責在科學和工程領域的所有領域資助基礎研究和教育。看到幕後檔案。
