只要有水，水面就会有气泡漂浮。从站立的水坑、湖泊和溪流到游泳池、热水浴缸、公共喷泉和厕所，无论室内还是室外，泡泡无处不在。
麻省理工学院的一项新研究表明，被细菌污染的气泡如何被用作微小的微生物手雷，使水中的微生物(包括潜在的病原体)爆裂并释放到空气中。
在发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的这项研究中，研究人员发现，细菌会影响泡沫的持久性：漂浮在水面上的细菌覆盖的泡沫可以比未污染的泡沫长10倍以上，持续几分钟而不是几秒钟，在此期间，被污染的泡沫的盖子会变薄。当气泡不可避免地破裂时，气泡越薄，释放到空气中的液滴就越多。研究人员估计，一个液滴可以携带数千个微生物，每个气泡可以释放数百个液滴。
土木与环境工程助理教授、疾病传播实验室流体力学主任莉迪亚布鲁伊巴(Lydia Bourouiba)说：“我们发现，细菌可以通过一种可以增强自身水-空气扩散的方式来操纵界面。
论文的合著者是研究生夏羽普莱恩。
水里的东西
在过去的几年里，Bourouiba一直在精心制作、成像和表征干净和未污染的气泡，目标是建立正常气泡行为的基线。
Bourouiba说：“在添加细菌和其他生物之前，我们必须首先了解清洗气泡的物理特性，看看它们对系统有什么影响。
事实上，研究人员最初发现细菌的影响是偶然的。这个团队正在搬到一个新的实验室空间。在洗牌过程中，一个装有水的烧杯被打开。当研究人员在随后的实验中使用它时，结果并不符合研究小组的预期。
“与典型的干净气泡相比，这种水产生的气泡寿命更长，并且具有特殊的稀薄变化，”普莱恩说。
Bourrouilh怀疑水被污染了，研究小组很快证实了她的假设。他们分析了水，发现了房间里自然存在细菌的证据。
果汁效应
为了直接研究细菌对气泡的影响，研究小组进行了一项实验，他们在柱子里装满了水和各种细菌种类(包括大肠杆菌)。研究人员开发了一种系统，通过气泵在色谱柱内产生气泡，一次一个，以控制每个气泡的体积和大小。当气泡上升到表面时，该团队使用高速成像和一系列光学技术来捕捉表面的行为并破裂。
研究人员观察到，一旦被大肠杆菌污染的气泡进入水面，它们自己的表面或瓶盖就会立即开始变薄，主要是通过排水和回流，就像融化的巧克力壳一样。这种行为类似于未受污染的气泡。
然而，污染气泡在表面的残留时间比未污染气泡长10倍以上。过了一个关键期，充满细菌的气泡开始变薄得更快。Bourouiba怀疑可能不是细菌本身，而是它们分泌的细菌，可以使泡沫保持更长时间。
Bourouiba说：“细菌是活的，就像生物一样，它们会造成废物，废物通常会与泡沫的界面相互作用。“所以我们把生物学和‘果汁’分开了。”
研究人员从他们的分泌物中去除细菌，然后用细菌的分泌物重复实验。正如Bourrouilh所怀疑的，只含有分泌物的气泡比清洁气泡持续的时间长得多。该小组得出结论，分泌物一定是延长泡沫寿命的关键因素。但那又怎么样呢？
同样，Bourouiba也有一个假设：细菌分泌物可能起到降低气泡表面张力的作用，使其更有弹性，更能抵抗扰动，最后，它们在水面上的寿命更长。她指出，这种行为类似于表面活性化合物或表面活性剂，例如用于制造肥皂泡的洗涤剂中的化合物。
为了验证这个想法，研究人员重复了这些实验。这一次，通过替换合成表面活性剂的常见细菌，发现它们也会产生持久的气泡，一段时间后气泡也会急剧变细。实验证明，细菌的分泌物起到表面活性剂的作用，延长了污染气泡的寿命。
然后，研究人员寻找污染气泡稀释率剧烈变化的解释。在干净的气泡中，盖子变薄主要是排水的结果，因为盖子中的大部分水随着上升的泡沫被排回到液体中。这种气泡持续几秒钟左右，当气泡变薄时，其排水速度不断减慢。
但是，如果泡沫持续超过临界时间，蒸发开始发挥比排水更重要的作用，基本上切断了泡沫帽上的水分子。研究人员得出的结论是，如果气泡中含有细菌、细菌及其分泌物，气泡会在水面上形成很长时间——时间长到足以使蒸发变得比排水更重要。
随着泡沫帽变薄，当它不可避免地破裂时，喷出的液滴变得更小、更快、更多。研究团队发现，含有细菌的气泡可以产生10倍以上的液滴，比清洗气泡产生的气泡小10倍，喷射速度快10倍。这相当于数百个液滴，大小只有几十微米，以每秒10米的速度发射。
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