在哺乳动物生殖过程中，精子有一个艰巨的任务：像鳟鱼一样“逆流而上”，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能游多快，但一项新的研究却聚焦于女性体内的物理环境。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环境（特别是其上的部分凹槽）能够关键性地引导精子迁移，而不会辅助病原体的迁移。这项研究于4月13日发表在了《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）的在线版上，研究的第一作者是Chih-kuan Tung，他是Wu实验室的博士后，同时也是一位物理学家。
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则会被清除掉。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上，从而提出新的生殖治疗方法。
精子是“自带推动力的微型泳者”。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环境。他们仿照了牛的生殖道，它这方面的结构和人类相似。Tung利用了Suarez小组提供的数据，后者主要研究了精子是怎样穿过女性生殖道的。这个仿造装置长度约4厘米，镶嵌有模仿女性体内生殖道的10-20微米宽的凹槽。
他们发现当精子游过模拟女性生殖道内一个向下流动的液流时，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可以保护精子，这就是它们如何使用微槽来帮助自己逆流而上。
与此相反，被称为胎三毛滴虫（Tritrichomonas foetus）的牛病原体则不能进入微槽，从而被液体流冲走。胎三毛滴虫有一种同类，被称作阴道毛滴虫，它会感染人类，也是一种自带推动力的微型游泳者，它主要使用其前鞭毛推动自身向前游动。
“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。“这个研究帮我们转变了想法，让我们更多地考虑流体流动和物理学力量。”
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，其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，即微槽是否能为精子指导路径。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感染。”
Wu的另一个研究关注了肿瘤细胞的微环境，这也是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，而且包含使肿瘤细胞生长，变化和迁移的物理学线索。
这项合作研究始于大约5年前从康奈尔大学纳米生物技术中心获得的种子补助，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《阴道内的微槽和液流为精子提供优先道路，阻止胎三毛滴虫的通行》（Microgrooves and fluid flows provide preferential passageways for sperm over pathogen Tritrichomonas foetus）。