Symmetry Relations for Trajectories of a Brownian Motor
布朗马达是一种纳米级或分子器件，它结合了热噪声、空间或时间不对称性以及无方向输入能量的影响来驱动定向运动。由于输入能量，布朗马达的功能远离热力学平衡，并且诸如线性响应理论、波动耗散关系和细致平衡之类的概念不适用。然而，{ \em广义}涨落-耗散关系指出，即使在强非平衡条件下，跃迁的概率与该跃迁的时间反转概率之比是由于跃迁而引起的系统内能变化的指数。在这里，我们推导出一个布朗电动机的广义波动耗散定理的概率之间的比例为电机采取向前一步，并采取向后一步的概率的扩展。
2007-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Master Equation Approach to Molecular Motors
主方程方法分子马达允许描述一个机械化学循环系统的化学和平移自由度是平等对待。一个广义的细致平衡条件的平衡制度是兼容的福克-普朗克方程在连续极限。Onsager互易关系对于接近平衡的定态成立，只要满足广义细致平衡条件。半现象学的考虑，在马达蛋白的情况下，导致一个离散的动力学模型，有趣的可观察到的量可以直接计算和实验数据进行比较。
2001-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium fluctuations in frictional granular motor: experiments and kinetic theory
我们报告了一个新的实验颗粒布朗电机的研究，灵感发表在[物理学评论。104，248001（2010）]，但在一些成分上不同。与之前的工作一样，电机由一个旋转棘爪构成，其表面通过浸入粒状颗粒气体中的不同非弹性的交替补丁打破旋转反转对称性。我们的实验装置的主要新颖之处是在主轴的方向，这是平行于（垂直）方向的粒状流体的震动，保证各向同性分布的碰撞颗粒的速度，其特征在于由方差$v_0^2$。我们也保持颗粒系统稀释，以比较与玻尔兹曼方程为基础的动力学理论。与理论相一致，我们观察到的库仑摩擦的关键作用，诱导两个主要制度：（一）罕见的碰撞（RC），与平均漂移$\ < ω\ > \sim v_0^3$，和（ii）频繁的碰撞（FC），与$\ < ω\ > \sim v_0$。我们还研究了在一个大的时间间隔，$Δθ$，这在FC制度是成比例的电机上所做的工作的角度跨越的波动。我们观察到涨落关系满足一个斜率，该斜率弱依赖于相对碰撞频率。
2013-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Equilibrium Effects of Molecular Motors on Polymers
我们提出了一个通用的粗粒度模型来描述作用于聚合物底物的分子马达，例如，模仿DNA上的RNA聚合酶或微管上的驱动蛋白。聚合物被建模为一个连接的珠链;电机表示为自由扩散的珠，在遇到基板时，通过一个短程吸引力的潜力结合到它。当结合时，马达和聚合物珠粒经历与聚合物相切的相等且相反的主动力;这导致马达沿着聚合物轮廓运动。包括明确的电机区分我们的模型从其他最近的活性聚合物模型。我们研究，通过Langevin动力学模拟，电机活动的影响上的构象和动力学性质的基板。我们发现，活动导致，除了预期的增强聚合物扩散，有效地减少其持久性长度。我们发现，这种有效的“软化”是双折叠分支或发夹出现的结果，并且可以通过改变马达的数量或它们产生的力来调节。最后，我们调查的效果的马达上的结形成的概率。与直觉相反，我们的模拟表明，即使在平衡时，更灵活的基板将显示出增加的打结概率，电机活动导致相对于平衡的打结构象的发生率显着下降。
2020-10-13 cond-mat.soft
Mpemba effect in a chemomechanical model of the Kinesin molecular motor
The Institute of Mathematical Sciences（马修马提科学院）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
该研究证实驱动蛋白分子马达的六态化学力学模型中存在姆佩姆巴效应，发现马达速度弛豫反映其随机动力学的反常弛豫，为研究生物体内反常弛豫提供了新的基线与框架。
2026-07-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Brownian Motors driven by Particle Exchange
我们扩展了朗之万动力学，使粒子可以与粒子库交换。我们证明了巨正则系综是在平衡态下实现的，并导出了平衡态之间过程的热力学关系。作为所提出的进化规则的应用，我们设计了一个简单的模型的布朗电机驱动的粒子交换。关键词：朗之万动力学，热力学，开放系统
1997-10-30 adap-org cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion of an Enzyme: the Role of Fluctuation-Induced Hydrodynamic Coupling
模块化的大分子，如酶，其扩散性能的构象波动的影响是解决使用一个简单的通用模型的两个流体动力学耦合的亚基制成的不对称哑铃。结果表明，平衡波动可以导致内部和外部的自由度之间的相互作用，并产生负面的贡献，总的扩散系数。考虑到该模型酶探索了机械化学循环，我们展示了底物结合和非结合如何影响其内部波动，以及这如何导致分子整体扩散系数的增强。这些理论预测成功地面对最近的测量稀释条件下使用荧光相关光谱的酶扩散。
2017-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Force Exerted by a Molecular Motor
由单个分子马达施加的随机驱动力（例如，驱动蛋白或肌球蛋白）在周期性分子轨道（微管、肌动蛋白丝等）上移动。从开放的实验测试的一般观点进行了讨论。一个基本的“气压”关系的驱动力的介绍，（一）适用于一系列的动力学和随机模型，（二）是一致的，更详细的表达式需要明确表示的外部施加的负载，（iii）足够接近热平衡，满足爱因斯坦型的关系方面的速度和扩散系数的（无负载）电机。即使在最简单的两态模型中，载荷图呈现出各种不同的形状（包括非单调行为）。先前建议的驱动力的界限是不适用的一般通过分析离散跳跃模型的等待时间分布。
1999-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal Control of the F${_1}$-ATPase Molecular Motor
F $_{1}$ -ATP酶是一个旋转的分子马达，\emph{in vivo}受到很强的非平衡驱动力.有很大的兴趣，了解其高效率的自由能转换的操作原理。在这里，我们使用一个近平衡的框架来设计一个非平凡的控制协议，以尽量减少在旋转F $_{1}$合成ATP的耗散。我们发现，所设计的协议需要更少的工作比一个天真的（恒速）协议在广泛的协议持续时间。我们的分析指出了一个可能的机制，积极有效的驱动F $_{1}$ \emph{in vivo}，并提供了深入了解自由能转导更广泛的一类生物分子和合成机器。
2022-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulating a Chemically-Fueled Molecular Motor with Nonequilibrium Molecular Dynamics
大多数分子动力学的计算机模拟都是在平衡条件下进行的--在一个封闭的、孤立系中，或者在一个保持恒定温度或压力的系统中。有时候，在这些模拟中引入额外的张力、剪切力或温度梯度，以探测对外力的一种非平衡响应。然而，催化剂和分子马达的功能是基于化学反应的热力学驱动力引起的非平衡动力学。在这种情况下，模拟需要恒化器能够保持非平衡稳态的化学浓度。我们开发了这样一个动态的计划，并用它来观察一个新的基于粒子的经典模型的链状分子马达周期。分子马达经常用详细的平衡破坏马尔可夫模型来建模，我们通过对模拟的微观动力学进行粗粒化来明确地构建这样一幅图，以提取速率。这项工作确定了粒子间的相互作用，调整这些速率，以创建一个功能的电机，从而产生一个计算的操场，以调查方向偏差，电流生成和耦合强度之间的相互作用，在分子信息棘轮。
2021-11-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium microtubule fluctuations in a model cytoskeleton
生物活性引起细胞质中的非平衡波动;然而，很少有方法直接测量这些波动。使用重构的肌动蛋白细胞骨架，我们表明，嵌入的微管的弯曲动力学可以用来探测局部应力波动。我们加入肌球蛋白马达，驱动网络失去平衡，导致微管弯曲波动的振幅增加和时间依赖性改变。我们表明，这种行为的结果从阶跃状的力量的顺序为10 pN的集体电动机动力学驱动。
2007-09-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Energy Transfer in a Molecular Motor in Kramers' Regime
我们提出了一个理论处理的能量转移的分子马达描述的过阻尼布朗运动的多维倾斜周期势。倾斜作为热力学力驱动系统脱离平衡，对于不可分势，能量转移发生在自由度之间。对于深势阱，连续理论转换成一个离散的主方程，这是易于分析。我们使用这个主方程推导出的跳跃率，漂移，扩散，效率和能量转移率的热力学力的正式表达式。这些结果跨越了自由度之间的强耦合和弱耦合，描述了接近和远离平衡状态，并且与广义细致平衡和Onsager关系是一致的。因此，我们在一个单一的理论框架内推导出许多不同的结果分子马达。
2013-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluctuations, Responses and Energetics of Molecular Motors
描述了一个新的等式，它把非平衡Langevin系统的能量耗散率与涨落响应关系（FRR）的破坏程度联系起来。FRR是涨落的关联函数与宏观变量的响应函数之间的关系。虽然已经确定FRR在平衡态下成立，但在非平衡态系统中违反FRR的物理意义一直存在争议。最近，作者发现在非平衡Langevin系统中，FRR破坏的程度与能量耗散到环境中的速率成简单的等式关系。在本文中，我们充分解释了FRR，FRR破坏，和新的平等方面的朗之万模型称为布朗马达模型，这被认为是一个简单的模型的生物分子马达。此外，我们的结果的分子马达的实验研究中的应用进行了讨论，并作为一个例子，我们预测了一个新的时间常数的值关于KIF 1A，这是一种单头驱动蛋白的运动。
2006-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusiophoresis in Cells: a General Non-Equilibrium, Non-Motor Mechanism for the Metabolism-Dependent Transport of Particles in Cells
我们对细胞的细胞质了解得越多，就越能意识到细胞质不是均匀的，而是高度不均匀的。在任何不均匀的溶液中，都存在浓度梯度，并且由于称为扩散电泳的机制，颗粒沿着这些梯度向上或向下移动。我估计，在代谢活跃的细胞内，扩散电泳可以强烈地加速粒子的动力学，只要它们至少有几十纳米宽。较小物体的动力学，如单个蛋白质，基本上不受影响。
2019-03-04 cond-mat.soft q-bio.SC
Fluctuation theorem and large deviation function for a solvable model of a molecular motor
研究了分子马达的离散随机模型。该离散模型可被视为\emph{minimal}棘轮模型。我们扩展了我们以前的工作在这个模型上，通过进一步调查的约束所施加的波动定理的操作远离平衡的分子马达。在这项工作中，我们展示了波动定理的不同表述之间的联系。一个公式涉及的电流的生成函数，而另一个涉及相应的大偏差函数，我们已经计算出这个模型。FT的第三个公式涉及向前一步的概率与向后一步的概率之比。适用于我们的模型的波动定理的最后公式的预测与Carter和Cross [Nature，{ \bf 435}，308（2005）]关于驱动蛋白的单分子测量的数据非常一致。最后，我们表明，所有的配方FT可以理解的熵产生的概念。
2008-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nucleation and shape dynamics of model nematic tactoids around adhesive colloids
最近的实验表明，如何线虫有序的tactoid形状的肌动蛋白液滴可以重组和肌球蛋白分子马达的行动分开。在本文中，我们考虑如何类似的形态变化，可以在平衡条件下实现。使用模拟，原子和连续，和一个唯象模型，我们探讨如何成核动力学，形状变化，和最终的稳定状态的一个aptactoid液滴可以修改模型的相互作用，模仿肌球蛋白马达集群的粘合剂胶体。我们的研究结果提供了一个处方所需的最低条件，以稳定tactoid重组和分裂在平衡胶体-凝胶设置。
2019-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-organized Pattern Formation in Motor-Microtubule Mixtures
提出并研究了分子马达和微管混合物中斑图形成的流体动力学模型。在不同的参数空间中，我们得到的稳态模式包括涡旋和星状体的分别排列，以及星状体涡旋混合物和完全无序状态。在体外实验中观察到这种稳定的稳态。在实验中获得的图案序列可以与我们的模型的非平衡相图中的平滑轨迹相关联。
2003-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Non-equilibrium structure and dynamics in a microscopic model of thin film active gels
在ATP的存在下，分子马达产生主动力偶极子，驱动远离热力学平衡的蛋白质丝悬浮液，导致奇异动力学和斑图形成。微观建模可以帮助量化单个电机加细丝的组织和分子和超分子长度尺度上的动态之间的关系。在这里，我们提出了广泛的数值模拟的活性凝胶的马达和细丝被限制在两个无限的平行板之间的结果。热波动和排除体积之间的相互作用的细丝。电机运动，附件和分离，包括从丝端的差分分离率的速率的系统变化，揭示了一系列的非平衡行为。强烈的马达结合产生结构化的细丝聚集体，我们称之为星状体、束或层，其稳定性取决于马达速度和差异末端分离。通过一个简单的单纤维模型，可以捕捉到所观察到的结构对运动速率和纤维浓度的依赖性的总体特征。松散结合的聚集体表现出超扩散的质量传输，其中丝易位的尺度与滞后时间与非唯一的指数，取决于电机动力学。发现细丝速度作为电机速度和末端分离的函数的经验数据崩溃，表明相关参数空间的降维。最后，我们讨论了活性凝胶领域的微观建模的前景。
2014-02-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Broken Detailed Balance of Filament Dynamics in Active Networks
肌球蛋白马达蛋白驱动细胞肌动蛋白细胞骨架的剧烈稳态波动。内源性嵌入的半柔性细丝，如微管，或添加的细丝，如单壁碳纳米管被用作新的工具，以非侵入性地跟踪在这样的生物聚合物网络的平衡和非平衡波动。在这里，我们分析计算形状波动的半柔性探针细丝在粘弹性环境中，驱动电机活动的平衡。探针丝的横向弯曲起伏可以分解为动态简正模。我们发现，这些模式不再独立发展下的非平衡驱动。这种有效模式耦合导致构象相空间中的非零循环电流，反映了对细致平衡的破坏。我们提出的预测与这些电流相关的特征频率，并调查如何确定模式的相关性，我们发现嵌入在细胞骨架网络中的微管最近的实验是一致的运动活动的时间签名。
2016-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Interacting molecular motors: Efficiency and work fluctuations
我们调查模型的“可逆棘轮”与相互作用的粒子，介绍了我们早些时候[Europhys。Lett. 84，50009（2008）]。我们进一步澄清了由于相互作用的效率提高的效果，并表明它是充满活力的起源，而不是减少波动的后果。我们还显示了复杂的结构中出现的相互作用和密度依赖性的电流和响应函数。的工作和输入能量的波动特性详细表明远离平衡的性质的动态。
2011-05-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Morphological and dynamical properties of semiflexible filaments driven by molecular motors
我们考虑一个明确的模型的半柔性丝运动在两个维度上的滑行测定马达蛋白质，附着到和脱离丝段随机，脱离率取决于当地的负载经历。附着的马达蛋白沿着细丝移动到它的一端，其速度随着马达蛋白的延伸而非线性地变化。作用在灯丝上的合力使它失去平衡。从平衡的距离反映在端到端的分布，改性的弯曲刚度，和过渡到螺旋形态的聚合物。活动的局部应力依赖性导致质心的速度和方向的相关波动，从而导致其动力学中的一系列弹道扩散交叉。
2019-05-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermal Fluctuation Statistics in a Molecular Motor Described by a Multidimensional Master Equation
对分子马达中的热涨落统计进行了理论研究。在电机中的能量传递是用一个多维离散主方程与最近邻跳跃。在这个理论中，能量转移导致不同自由度的热涨落之间的统计相关性。在很长一段时间内，能量传递是一个具有恒定漂移和扩散的多元扩散过程。波动和漂移在强耦合极限中对齐，使得能够沿耦合坐标进行一维描述。我们推导出正式的概率分布的表达式，并模拟单轨迹的系统在近和远的平衡限制强耦合和弱耦合。我们的研究结果表明，跳跃统计提供了一个机会，以区分不同的操作制度。
2013-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active microphase separation in mixtures of microtubules and tip-accumulating molecular motors
微管和分子马达的混合物形成具有不同动力学行为的活性材料，这些行为根据其成分的分子性质而变化。我们绘制了微管和尖端累积驱动蛋白-4分子马达的非平衡相图。我们发现，驱动蛋白-4可以驱动全球收缩或顺从性样伸展动力学，这取决于微管和捆绑剂的浓度。我们还观察到一系列的空间异质非平衡相，包括有限大小的径向星，一维蠕虫状链，扩展的二维双层，和系统跨越三维活性泡沫。最后，我们描述了复杂的动力学途径，产生微相分离的结构和产生的内在挫折之间的取向顺序的丝状微管和尖端积累分子马达的位置顺序。我们的工作表明，在细胞骨架网络中的主动应力和阶段的形式不仅取决于单个电机和细丝的属性，但也取决于成分的浓度和空间排列。
2021-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Effective Temperature of Red Blood Cell Membrane Fluctuations
生物驱动的非平衡波动通常以其非高斯性或“有效温度”为特征，有效温度取决于频率并高于环境温度。我们解决这两个措施理论上通过检查一个随机踢“粒子”，与可变数量的踢“马达”，并显示这两个指标的非平衡行为可以矛盾。我们的研究结果进行了比较，与新的实验红细胞膜的形状波动，并展示了如何在这个系统中的电机的物理性质，可以揭示使用这些全球性的措施的非平衡。
2011-05-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Sufficient conditions for the additivity of stall forces generated by multiple filaments or motors
分子马达和细胞骨架丝在大多数情况下在相反的力下共同工作。这种相反的力可能是由于马达携带的货物或来自细胞膜挤压细胞骨架丝的阻力。最近的一些研究表明，由多个细胞骨架细丝或分子马达产生的集体最大力（失速力）可能并不总是单个细丝或马达的失速力的简单总和。为了理解这种过剩或赤字的集体力量，我们研究了广泛的一类模型的细胞骨架丝和分子马达。我们认为，由一组灯丝或电机产生的失速力是加性的，即$N$数量的灯丝（电机）的失速力是$N$倍的一个灯丝（电机）的失速力，当系统在失速平衡。相反，我们表明，这种添加剂的属性通常不成立时，系统在失速不平衡。因此，我们提出了一个新的和统一的理解现有的模型表现出这种非加性，并概括我们的论点，通过开发新的模型，证明这种现象。我们还提出了一个类似于热力学效率的量，可以很容易地预测这种偏离失速力加性的灯丝和电机集体。
2016-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Continuous-time random walk model for the diffusive motion of helicases
本研究针对DNA解旋酶的扩散运动，利用磁镊和光镊测量三种解旋酶在不同条件下的速率与扩散系数，通过连续时间随机游走模型解析其力化学循环，发现需引入偏离主路径的暂停态拟合数据，且RecG复旋时效率接近100%，为分子机器活性表征提供了新方法。
2025-03-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dual antagonistic role of motor proteins in fluidizing active networks
细胞使用相同的分子构建块完成不同的功能，从建立细胞质流到产生机械力。特别地，这些非平衡态之间的转换是通过调节细胞骨架蛋白的表达和活性来触发的。然而，这些蛋白质如何设置细胞骨架的大尺度力学和驱动这种非平衡相变仍然知之甚少。在这里，我们表明，一个最小的网络的生物聚合物，分子马达，和交联剂表现出两个不同的新兴行为取决于它的组成，自发流动像一个活跃的流体，或屈曲像一个活跃的固体。分子马达发挥双重拮抗作用，根据ATP浓度使网络流化或硬化。通过结合实验、连续介质理论和化学动力学，我们确定了如何通过设定每种组分的浓度来组装具有目标活性和弹性的材料。主动和弹性应力可以通过光诱导的运动活动脉冲进一步原位操纵，控制固体到流体的转变。这些结果突出了细胞骨架应力如何调节生命物质的自组织，并为活性物质的合理设计和控制奠定了基础。
2021-12-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Contraction of polymer gels created by the activity of molecular motors
我们提出了一个基于非平衡态热力学的理论来描述一种活性聚合物凝胶的力学行为，该凝胶是由分子马达在其溶剂中的加入而形成的。当被激活时，这些马达附着在聚合物网络的链上并缩短它们，从而产生凝胶的全局收缩，这模仿了细胞骨架的主动行为。这些发动机产生的动力是通过ATP水解反应获得的，ATP水解反应将化学能转化为机械功。后者是由在凝胶中的应变能的增量，由于刚度增加。这种效应是用聚合物网络中交联密度的增加来描述的，这降低了它的熵。然后，该理论考虑聚合物网络溶胀和物种扩散来描述凝胶的瞬态被动行为。最后，我们制定了单轴收缩的凝胶板的问题，并与实验结果进行比较，显示出良好的一致性。
2019-05-30 cond-mat.soft
Collective transport of weakly interacting molecular motors with Langmuir kinetics
基于纤维的细胞内转运涉及分子马达蛋白的集体作用。实验证据表明，微管（MT）丝结合的马达蛋白，如{ \it驱动蛋白}在运输过程中相互之间以及与周围细胞环境的相互作用很弱。基于这些观察结果，我们研究了分子马达在开丝上集体单向输运的驱动格子气模型，该模型考虑了分子马达在开丝上的短程相互作用，并通过分子马达的吸附-脱附朗缪尔（LK）动力学将分子马达在开丝上的输运过程与周围的细胞环境耦合起来.我们分析这个模型的框架内的平均场（MF）理论的限制{ \it弱}之间的相互作用的电机。我们指出这个模型与Katz-Lebowitz-Spohn（KLS）模型的非保守版本的映射。该系统表现出丰富的相行为与各种不均匀的相，包括局部冲击的大部分的灯丝。我们得到的稳态密度和电流分布，并分析它们的相互作用的强度的函数的变化。我们将这些MF结果与蒙特卡罗模拟进行比较，发现只要电机相互作用较弱，MF分析就显示出相当好的一致性。我们还绘制了非平衡MF相图。
2015-01-09 cond-mat.soft
Molecular motors stiffen non-affine semiflexible polymer networks
重构的丝状肌动蛋白网络与肌球蛋白马达蛋白形成活性凝胶，其中马达蛋白产生驱动网络远离平衡的力。这种运动活动也可以强烈影响网络弹性;实验表明，在体外网络与分子马达显着硬化。在这里，我们研究了电机产生的力对模拟的2D网络的无热刚性细丝力学的影响。我们将展示异质内部电机应力如何导致网络中的纤维弯曲模式所支配的硬化。电机被建模为力偶极子，导致肌肉样收缩。这些收缩“拉出”系统中的松弛弯曲模式，这引起向更硬的拉伸主导状态的交叉。通过这种机制，马达可以导致非线性网络响应，即使构成细丝本身是纯线性的。这些结果对活细胞的力学具有影响，并为具有可调机械性能的活性生物材料提出了新的设计原则。
2010-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Influence of non-conservative optical forces on the dynamics of optically trapped colloidal spheres: The fountain of probability
我们从实验和理论上证明了被困在静态光镊中的胶体球不会达到平衡，而是达到一个稳定的状态，在这个状态下，它的概率通量跟踪出一个环形涡旋。这种非平衡行为可以归因于非保守光学力对热涨落的微妙偏置。因此，循环球充当布朗马达。我们简要地讨论了这种效果的研究中，光镊已被视为潜在的能量井的分支。
2008-04-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The effect of active fluctuations on the dynamics of particles, motors and hairpins
受最近的实验的启发，在人工细胞骨架和细胞中的粒子和聚合物的动力学，我们介绍了一个修改后的Langevin方程的粒子在一个环境中，是一个粘弹性介质，并带来了平衡的积极波动的行动所造成的分子马达。我们表明，在这样一个模型中，一个自由粒子的运动从superdiffusive到subdiffusive的交叉观察示踪粒子在一个{ \it在体外}细胞骨架或在一个细胞。我们调查的动力学的一个简单的模型的拴系头驱动蛋白1的运动的粒子限制的谐波电位。我们发现，头部靠近其结合位点的微管的概率可以提高两个因素，由于积极的力量。最后，我们研究了作为DNA发夹动力学模型的双势阱中粒子的动力学。我们发现，主动力有效地降低了两个极小值之间的势垒，并研究了这种现象对拉链/解拉链速率的影响。
2016-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Tunable dynamics of microtubule based active isotropic gels
我们研究了由驱动蛋白分子马达簇驱动的成束微管活性凝胶的动力学。加入ATP后，数千个分子马达的协调作用将凝胶驱动到高度动态的类似于胶体的状态，这种状态持续数小时，并且仅受组成蛋白质的稳定性和化学燃料的可用性的限制。我们的特征如何增强运输和紧急宏观流动的活性凝胶依赖于相关的分子参数，包括ATP，驱动蛋白电机，和耗尽浓度，微管体积分数，以及化学计量的组成电机集群。我们的研究结果表明，基于微管的活性凝胶的动力学和结构特性是高度可调的。它们还表明存在最佳浓度的分子马达，其使活性各向同性MT凝胶的远离平衡的活性最大化。
2014-09-26 cond-mat.soft
Energy dissipation and violation of the fluctuation-response relation in non-equilibrium Langevin systems
涨落-响应关系是适用于接近平衡的系统的基本关系。另一方面，当一个系统被驱动远离平衡时，这种关系一般是违反的，因为在非平衡系统中不满足详细平衡条件。即使在这种情况下，对于一类朗之万方程，在非平衡稳态中，涨落-响应关系的破坏程度与系统向环境中的能量耗散率之间存在着一个等式[T. Harada和S. - 我... Sasa，Phys. Rev. Lett. 95，130602（2005）]。由于这个等式只涉及实验上可测量的量，它可以作为一个命题来确定实验上是否可以用朗之万方程来描述系统。此外，每个自由度对能量耗散速率的贡献可以基于该等式来确定。在本文中，我们提出了一个全面的描述这个等式，并提供了详细的推导，包括多体系统，布朗电机模型，时间依赖系统，多热源系统的各种类型的模型。
2005-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equilibrium Chemical Engines
本文提出了一种将任何化学反应的能量转化为机械能的平衡可逆循环。还定义了化学能转换效率，以便与卡诺效率进行比较。相关的蛋白马达的研究进行了讨论。关键词：化学热力学，发动机，效率，分子机器。
1997-10-30 adap-org cond-mat.soft nlin.AO
Stochastic thermodynamics, fluctuation theorems, and molecular machines
随机热力学在这里系统地审查提供了一个框架，扩展经典热力学的概念，如工作，热量和熵产生的水平上的个人轨迹定义明确的非平衡合奏。它适用于任何非平衡过程仍然耦合到一个（或几个）恒温热浴的情况。典型系统是时间依赖性激光陷阱中的单个胶体颗粒、外部流中的聚合物、单分子测定中的酶和分子马达、涉及单电子输运的小生物化学网络和热电装置。对于这样的系统，第一定律一样的能量平衡，可以确定沿波动的轨迹。各种积分和详细的波动定理，这是在这里从一个主定理的统一方法，约束的概率分布的工作，热和熵的生产取决于系统的性质和非平衡条件的选择。对于非平衡定态，特别强的结果保持像一个广义涨落耗散定理涉及熵的产生。这些概念的分支和应用包括有限时间内指定状态之间的最优驱动，基于测量的反馈过程的作用以及耗散和不可逆性之间的关系。效率，特别是在最大功率下的效率，可以使用基于熵产生的循环分解的共同框架，系统地讨论两类分子机器的线性响应区域之外，等温的分子机器如分子马达，和热机如热电装置。
2012-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Microtubule-based active fluids with improved lifetime, temporal stability and miscibility with passive soft materials
我们已经开发了几个不同的模型系统的微管为基础的三维主动各向同性流体，并比较了它们的动力学和结构特性。这些流体的非平衡动力学由三种不同类型的驱动蛋白马达提供动力：进行性马达、非进行性马达和永久连接到微管骨架的马达。第四个修改使用特定的微管交联剂，而不是一个非特异性的depletant诱导成束。与以前开发的系统相比，每种新的活性流体配方都具有某些增强的特性。首先，将马达连接到微管骨架将流体的寿命从几小时延长到几天。此外，切换到非进行性马达显著地增加了主动动力学的时间稳定性，而使用特定的交联剂产生了可以结合其他被动软材料（诸如聚合物凝胶或液晶）的系统。这些新开发的模型系统将显着帮助和提高我们的能力，以量化不同的现象，在微管为基础的活性物质。
2018-11-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
The non-equilibrium thermodynamics of active suspensions
Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems, Universit{\'e} Libre de Bruxelles（复杂系统与非线性现象中心，布鲁塞尔自由大学）
本研究通过考虑活性粒子的内部自由度，推导了活性悬浮液的非平衡热力学关系，并确定了机械化学耦合系数。
2025-05-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Mesoscopic non-equilibrium measures can reveal intrinsic features of the active driving
生物组装体如染色体、细胞膜和细胞骨架在纳米尺度上被酶活性和分子马达驱动而失去平衡。类似的非平衡动力学可以在合成系统中实现，例如化学燃料胶体颗粒。表征这种主动软组件的随机非平衡动力学仍然是一个挑战。最近，已经提出了新的非侵入性的方法来确定非平衡行为，这是基于检测打破细致平衡的随机轨迹的几个坐标的系统。受两点微流变学方法的启发，其中一对探针粒子的平衡波动揭示了平衡系统的粘弹性响应，在这里，我们探讨我们是否可以将这种方法扩展到非平衡组件：可以从两点非平衡测量的分析中提取关于系统中主动驱动性质的信息吗？我们在理论上解决这个问题的背景下，一类弹性系统，驱动出平衡的空间异质随机内部驱动。我们考虑了几种可能与生物和合成系统相关的内部驱动的空间特征，并研究了有源噪声的这些特征如何反映在两点非平衡测量的长程标度行为中。
2019-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Linear non-equilibrium thermodynamics of human voluntary behavior: a canonical-dissipative Fokker-Planck equation approach involving potentials beyond the harmonic oscillator case
一种新的实验范式和一种新的建模方法，研究振荡人体电机性能的凝聚态物理学的一个关键概念，即热力学状态变量。为此，在新的实验范式中，参与者在自我选择的振荡频率下进行钟摆摆动运动，这与使用起搏信号的早期研究相反。此外，在新的建模方法，一个典型的耗散极限环振荡器模型被用来与保守的一部分，占非谐波振荡器组件相比，在早期的研究中，只考虑谐波分量。与磁相变的朗道理论一致，我们发现当参与者进行振荡时，振荡器模型的自由能会随着远离正则-耗散极限环振荡器的霍普夫分叉点而衰减。
2016-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.NC
Autonomous actuation of zero modes in mechanical networks far from equilibrium
零模式或松弛模式是机械部件的非平凡耦合，其产生没有变形阻力的自由度。工程零模式有可能充当微观电机或记忆设备，但这需要一个内部驱动机制，可以克服其他模式中不必要的波动和实际系统中固有的耗散。在这项工作中，我们从理论和实验上表明，机械网络中的复杂零模式可以选择性地动员非平衡活动。我们发现，一个相关的活性浴致动无穷小零模式，同时抑制更高的模式相比，热波动，我们实验模拟的物理网络的高频振荡的波动。此外，自推进动力学自发地动员有限的机制，例如自推进拓扑孤子。因此，非平衡活动使得通过网络拓扑结构设计的协调机制能够自主致动。
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motion by Stopping: Rectifying Brownian Motion of Non-spherical Particles
我们发现，布朗运动是空间不对称的介观粒子嵌入在流体中，如果粒子是不是在热平衡，它的形状是不是球形的。考虑到分子马达在生物细胞中的应用，我们通过使非球形粒子在沿着细丝的周期性位置停止来维持非平衡。在Lennard-Jones流体中的分子动力学模拟表明，如果非对称非平衡弛豫过程受到外部停止的阻碍，则在没有棘轮势或温度梯度的情况下定向运动是可能的。在理想气体极限下的分析计算表明，即使是对流体漂移的运动也是可能的，并且运动的方向可以由粒子的形状控制，这完全由张量Minkowski泛函表征。
2007-08-01 cond-mat.soft
Brownian ratchets: How stronger thermal noise can reduce diffusion
研究了在反射对称性破缺的周期结构棘轮基底上运动的惯性布朗马达的扩散性质。电机由无偏的时间周期对称力驱动，该力使系统脱离热平衡。对于选定的参数集，该系统是在一个非混沌的制度，我们可以确定一个非单调依赖的扩散系数对温度：对于低温，它最初随着温度的增长而增加，通过其局部最大值，接下来开始减少，达到其局部最小值，最后它单调增加根据爱因斯坦线性关系。特别有趣的是扩散被抑制的热噪声的温度区间，我们解释这种效果的三态随机模型的过渡率。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling Organization and Forces in Active Matter Through Optically-Defined Boundaries
生命系统能够运动、重构和复制。为了执行这些任务，细胞在时空上协调产生力的“活性”分子的相互作用，这些分子产生和操纵非平衡结构和跨越毫米长度尺度的力场[1-3]。生物或合成分子的实验性活性物质系统能够自发地组织成结构[4，5]并产生全局流[6-9]。然而，这些实验系统缺乏在细胞中发现的时空控制，限制了它们在研究非平衡现象和生物启发工程中的实用性。在这里，我们通过光学控制活性生物分子工程系统中的结构和流体流动来揭示非平衡现象和原理。我们的工程系统由纯化的微管和光激活的马达蛋白组成，这些马达蛋白在光照下交联并将微管组织成不同的结构。我们开发基本操作，定义为光模式集，以创建，移动和合并微管结构。通过组合这些基本操作，我们能够创建长度跨越数百微米的微管网络，并以比单个马达速度快一个数量级的速度收缩。我们操纵这些可收缩的网络来产生和塑造持续的流体流动。我们发现的边界介导控制的原理可以用来研究涌现的细胞结构和力量，并开发可编程的活性物质设备。
2019-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
