哺乳动物生殖过程中精子有一个艰巨的任务：像鳟鱼一样游向上游，它们必须尽力游过女性生殖道来搜寻未受精的卵子。

许多生育方面的研究重点都放在精子怎样快速游动，但一项新的研究却聚焦于女性身体的物理环境。这项工作是由生物和环境工程副教授Mingming Wu及兽医学院的生物医学科学教授Susan Suarez所共同主持。

他们的研究声称，在温和液体流存在的情况下，女性生殖道的生物物理学环境——特别是其上的部分凹槽——关键性地引导精子迁移而非辅助病原体。这项研究发表于4月13日的美国国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）在线版，第一作者是Chih-kuan Tung，是Wu实验室的博士后也是一位物理学家。

该研究还表明，能使人类和牛感染上滴虫病的性传播病原体在同样的液体环境下会被清除掉。此结果指向精子活力和女性生殖道的共同进化，并且可能通过将焦点转移到精子和女性生殖道相互作用的物理环境而提出新的生殖治疗方法。

精子是“带推动力的微型游泳者。”利用不对称的身体和一个后鞭毛，精子像一个旋转的螺丝那样推动自己向前行。在物理评论快报（Physical Review Letters）早期的论文中，研究人员发现精子的上行游动能力涉及到鞭毛推进力与表面水动力相互作用之间的耦合。

在PNAS的研究中，研究人员应用了新的想法。Tung设计了一种微流体装置，用于模仿女性生殖道和宫颈口之间，以及子宫和输卵管之间连接处的生物物理学环境。他们仿照了牛的生殖道，它在这方面的结构上和人类类似。Tung使用了Suarez小组提供的关于精子是怎样穿过女性生殖道的数据。该装置长度约4厘米，被嵌在发现于女性生殖道的10-20微米宽的凹槽内。

他们发现当精子游过女性生殖道内一个类似于向下的液流时，精子倾向于进入微槽并以相反的方向穿过。微槽在液流量较大时保护精子，这就是它们如何使用微槽沿途来帮助它们。

与此相反，称为胎三毛滴虫的牛病原体不能进入微槽，从而被液体流冲走。胎三毛滴虫有一个对应物称为阴道毛滴虫，它会感染人类，也是一个带推动力的微型游泳者，因为它主要是用其前鞭毛推动自身向前。

“通常的生殖治疗重点是使用化合物帮助精子游得更好，”Wu说。“这是一个转变到更多地考虑流体流和物理学力量的范例。”

自从阅读了1989年由弗吉尼亚理工大学的June Mullins和Richard Saacke发表的文章后，在文中他们提出奶牛子宫颈的微槽内充满了精子，Suarez一直有意于解决这个问题，即微槽是否为精子指导路径。微流控技术的发展使她能够解决这个问题。

“我很高兴与Tung博士及Wu合作，开发并使用这些设备最终检验这一假设，” Suarez说。“发现滴虫病原体不会进入这些凹槽也是令人兴奋的，因为它说明了男性和女性协同合作来促进受精，同时减少通过性传播的病原体。”

Wu的另一个研究关注于肿瘤细胞的微环境——一个不断发展的领域，它不仅涉及到遗传学和肿瘤转移的趋化作用，而且还有使肿瘤细胞生长，变化和迁移的物理线索。

合作研究始于大约5年前从康奈尔大学纳米生物技术中心提供的种子补助，由美国国家科学基金会提供资金支持，其鼓励生命科学和物理科学之间的合作。这项工作现在受到美国国立卫生研究院的支持。文章的题目是Microgrooves and fluid flows provide preferential passageways for sperm over pathogen Tritrichomonas foetus。