细菌非常善于游泳，但这种特性可能对人类健康有害。医疗保健环境中最常见的细菌感染之一是细菌通过导管(插入尿道的细管)进入体内。尽管导管的设计目的是从患者体内抽出液体，但细菌能够利用独特的游泳运动将自身推向上游并通过导管进入体内，每年在美国造成 3 亿美元的导管相关泌尿道感染。

现在，加州理工学院的一个跨学科项目设计了一种新型导管，可以阻止细菌向上游移动，而不需要抗生素或其他化学抗菌方法。通过新型人工智能 (AI) 技术优化的新设计，实验室实验中能够向上游游动的细菌数量减少了 100 倍。

这篇题为《抗感染导管的人工智能辅助几何设计》的论文于 1 月 3 日发表在《科学进展》杂志上。

在导管中，流体表现出所谓的泊肃叶流，即流体运动在中心较快但在壁附近较慢的效应，类似于河水的流动，​​其中水流的速度从中心的快到不等。在银行附近减速。细菌作为自我推进的生物体，表现出一种独特的“沿壁向前两步，在中间向后一步”的运动，从而在管状结构中产生向前的进展。布雷迪实验室的研究人员此前曾模拟过这种现象。

“有一天，我与 Chiara Daraio 分享了这一有趣的现象，并将其简单地描述为一件‘很酷的事情’，她的回应将话题转向了实际应用，”化学工程博士后学者、共同第一人 Tingtao Edmond Zhou 说道。该研究的作者。“Chiara 的研究经常涉及各种有趣的几何形状，她建议用简单的几何形状来解决这个问题。”

根据这一建议，该团队设计了沿着管壁内侧带有三角形突出物(如鲨鱼鳍)的管子。模拟产生了有希望的结果：这些几何结构有效地改变了细菌运动的方向，将它们推向管的中心，在那里更快的水流将它们推回下游。三角形的鳍状曲率也会产生漩涡，进一步扰乱细菌的生长。

周和他的合作者旨在通过实验验证该设计，但需要额外的生物学专业知识。为此，周联系了斯滕伯格实验室的博士后学者 Olivia Xu Wan。