Computational modelling of the collective stochastic motion of Kinesin nano motors
我们建立了一个二维随机分子动力学模型，用于描述生物马达，特别是驱动蛋白在微管轨道上的细胞内集体运动。该模型能够或再现沿微管定向运动的手-手机制。该模型给出了驱动蛋白沿微管的平均定向速度和电流。结果表明，当驱动蛋白的密度超过一定值时，系统的平均速度和电流会显著降低，这是由于系统中形成了交通堵塞。
2010-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
A structural perspective on the dynamics of kinesin motors
尽管在热噪声下会有显著的波动，但细胞中的生物机器仍能以极高的精度执行任务。使用粗粒度模型的分子模拟和理论论证，我们设想了驱动蛋白，生物机器的原型，如何产生力，并调节其动力学，以维持持续的运动动作。基于结构的模型，它可以是通用的，在适应其结构的外部压力，同时保持其原生的折叠，被用来解释几个功能的驱动蛋白动力学沿生化循环。这种分析补充了我们目前对驱动蛋白动力学的理解和实验的联系。我们提出了一个热力学循环的驱动蛋白，强调机械和调节作用的颈部连接器和澄清有关的问题的电机方向性，和外部失速力和内部张力之间的差异负责的头-头协调。驱动蛋白和宏观热机的热力学循环之间的比较突出了结构变化作为生物分子机器中工作产生的来源的重要性。
2011-11-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Tailoring collective motion of kinesin-driven microtubules via topographic landscapes
生物分子马达蛋白通过消耗从ATP水解获得的化学能来产生力，是组织活细胞中广泛的细胞骨架结构的关键。这种细胞骨架结构的控制有利于可编程蛋白质图案化;然而，由于用于控制斑图形成的工程方法的不发达，我们目前的知识是有限的。在这里，我们展示了定制的组装模式的驱动蛋白马达驱动的微管（MT）通过设计制造的微孔的边界形状。我们发现沿微孔壁的MT束结构和垂直于壁的桥接结构。通过自推进杆理论的证实，我们进一步表明，由边界形状定义的MT的排列决定了组装图案的过渡，为在微通道中重建桥结构提供了蓝图。我们的研究结果提供了一个几何规则来定制的纳米技术应用的细胞骨架和马达蛋白的自组织。
2021-10-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular Mechanisms for Microtubule Length Regulation by Kinesin-8 and XMAP215 Proteins
细胞骨架由大量的酶调节，这些酶影响细胞骨架丝的稳定性和动力学。驱动蛋白-8家族的分子马达以长度依赖的方式解聚微管，实验和理论证据表明驱动蛋白-8在微管的动态调节中起作用。然而，到目前为止，这些分子马达如何与生长的微管尖端相互作用的详细分子机制仍然难以捉摸。在这里，我们调查两个相互作用的场景驱动蛋白-8和微管尖端。我们给出了一个全面的分析制度的长度调节是可能的，以及固定长度如何取决于生化速率和各种蛋白质的体积浓度。对于一个中性的情况下，微管生长，无论微管尖端是否被分子马达占据，长度调节是可能的，只有一个狭窄的范围内的生化速率和限制到小的聚合速率。相比之下，对于抑制情况，其中在微管尖端存在马达抑制微管生长，长度调节的范围非常广泛，包括高生长速率。这些结果也适用于聚合酶，如XMAP 215和驱动蛋白-8相互排斥的微管尖端的情况。我们还研究了这两种情况下的随机动力学。而对于中性的情况下长度是严格控制的，长度动态是间歇性的抑制情况下，并表现出延长期的微管生长和收缩，让人想起微管动态不稳定。从更广泛的角度来看，在这项工作中建立的一组模型相当普遍地表明，在细胞骨架丝末端的分子的相互排斥是丝动力学和调节的一个重要因素。
2014-05-22 cond-mat.soft q-bio.SC
Active liquid crystals powered by force-sensing DNA-motor clusters
细胞骨架活性向列体表现出惊人的非平衡动力学，由耗能的分子马达提供动力。为了深入了解这些材料的结构和力学，我们设计了可编程簇，其中驱动蛋白马达通过双链DNA接头连接。基于DNA的簇为活性向列体提供动力的效率取决于驱动蛋白马达的步进动力学和聚合物接头的化学结构。荧光各向异性测量表明，电机集群，像丝状微管，表现出当地的有序。DNA连接子的性质使得能够设计力传感簇。当连接器上的负载超过临界阈值时，集群会崩溃，停止产生主动应力并减缓系统动力学。荧光读数揭示了产生丝间滑动的结合簇的分数。反过来，这产生了驱动蛋白马达沿着微管步进时所经历的平均负载。DNA马达簇为理解纳米级分子马达集体产生介观主动应力的分子机制提供了基础，介观主动应力又为主动向列相的宏观非平衡动力学提供了动力。
2021-06-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Large-scale chirality in an active layer of microtubules and kinesin motor proteins
在生物体早期发育过程中，左右侧化的形成需要一个微妙的机制，因为它与其他主体轴有关。卵细胞中任何固有的手性特征原则上都能触发这种手征对称性的自发破缺。单个微管，主要的细胞骨架丝，被称为手性对象。然而，到目前为止，还没有令人信服的证据表明微管的分子性质与大尺度手性之间存在层次性联系，特别是在整个细胞的长度尺度上。在这里，我们组装一个体外活性层，由微管和驱动蛋白马达蛋白，在玻璃表面上。在包含甲基纤维素，层状系统表现出一个远程的活动的双相，其特征在于由滑动MT的全球对齐。这一阶跨越整个系统的大小在毫米范围内，值得注意的是，允许隐藏的集体手性出现逆时针全球旋转的积极MT层。我们的理论模型的基础上的分析表明，新兴的全球性的微生物学秩序的结果从本地对齐的MT，稳定的甲基纤维素。这也表明，全球旋转来自于MT的内在曲率，导致优先的手性。鉴于其灵活性，这种分层的体外细胞骨架系统使研究膜蛋白的行为负责重要的细胞发育过程。
2018-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Kinesin's backsteps under mechanical load
驱动蛋白通过水解ATP向微管的正端移动。从酶的角度来看，与核苷酸化学反应耦合的机械运动机制通常可以使用单环循环反应很好地解释。然而，一些困难出现在解释驱动蛋白的backstepping在这个框架内，特别是当外力反对运动的驱动蛋白。我们回顾了证据，如ATP独立的失速力和后退的较慢周期时间，这些证据已经出现，以挑战驱动蛋白后退是由于ATP合成的想法，即，驱动蛋白的前向化学机制的逆向循环。补充传统的单回路化学力学与路线的ATP水解后退步骤和核苷酸的步骤，特别是在负载下，给出了一个更好的物理解释的实验数据backsteps。
2009-04-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Kinesin-driven de-mixing of cytoskeleton composites drives emergent mechanical properties
本研究结合实验与模拟表征驱动蛋白重构的肌动蛋白-微管复合物力学特性，发现中等马达浓度下的相分离会引发涌现刚度，揭示了结构-力学耦合实现刚度增强的新机制。
2025-01-13 cond-mat.soft
Sequence heterogeneity and the dynamics of molecular motors
序列异质性对分子马达动力学的影响进行了回顾和分析，使用一组最近推出的晶格模型。首先，我们审查结果的影响，异质性的轨道，如单链的DNA或RNA的动力学的电机。我们强调如何预测的行为可能会被观察到实验异常漂移和扩散的电机在很宽的范围内的参数附近的失速力和讨论的极端极限强偏置电机与单向跳跃。然后，我们考虑在一个环境中的动态包含各种不同的燃料供应化学能的电机运动，无论是在一个异构的或在一个周期性的轨道。沿着周期性轨道的运动的结果是相关的驱动蛋白马达在溶液中与不同的核苷酸三磷酸燃料源的混合物。
2005-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Navigation strategies of motor proteins on decorated tracks
马达蛋白在微管轨道上移动时显示出广泛不同的步进模式，从蛋白驱动蛋白执行的确定性线性或螺旋运动到动力蛋白执行的不协调随机步骤。这些不同的策略如何产生一个有效的导航系统，以确保正确的细胞功能仍然不清楚。在这里，我们通过数值模拟表明，确定性和随机电机步骤产生不同的结果时，随机障碍物装饰的微管轨道：驱动蛋白移动速度更快的干净的轨道，但其运动受到强烈阻碍装饰的轨道，而动力蛋白是干净的轨道，但更有效地避免障碍物。进一步的模拟表明，动力蛋白在装饰轨道上的优势是由于它的后退能力。我们的研究结果解释了不同的导航策略是如何采用的细胞，以优化电机驱动的货物运输。
2015-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Dynamic concentration of motors in microtubule arrays
我们目前的实验和理论研究的分子马达的动力学微管阵列和星。通过求解对流-扩散方程，我们发现二维星状空间中马达的密度分布具有连续变化的指数特征。模拟被用来验证连续介质模型的假设。我们用荧光显微镜观察了驱动蛋白在准二维人工星状体中运动的浓度分布，并与我们的理论结果进行了比较。
2001-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Statistical Properties of Autonomous Flows in 2D Active Nematics
我们研究了一个可调的二维有源液晶的动力学微管和驱动蛋白马达组成的限制在油-水界面。驱动蛋白马达通过ATP水解向系统中持续注入机械能，为相邻微管的相对微观滑动提供动力，从而产生宏观尺度的自主流动和混沌动力学。我们使用粒子图像测速技术来量化二维流动的主动向列相，并提取其统计特性。与流体动力学理论一致，我们发现包含混沌流的涡旋区域呈指数分布，这使我们能够提取特征系统长度尺度。我们探测这个长度尺度对ATP浓度的依赖性，ATP浓度是调节主动应力大小的实验旋钮。我们的数据表明，ATP浓度和主动应力之间的映射是基于Michaelis-Menten动力学，管理个别驱动蛋白电机的运动。
2019-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Efficiency at maximum power of interacting molecular machines
我们研究了分子马达系统在最大功率下的效率。我们考虑两种模型的驱动蛋白电机上的微管：对于简化和详细的模型，我们发现，多体排斥效应提高了效率，在最大功率的多电机系统，相对于单电机的情况下。值得注意的是，我们发现，这种效果发生在一个有限的区域的系统参数，兼容的生物相关的范围。
2012-10-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Evaporation-Induced Pattern Formation and Wetting in Active Microtubule-Kinesin Droplets
Harvard University（哈佛大学）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；University of Surrey（萨里大学）；Universität Konstanz（康斯坦茨大学）
本研究通过实验和理论结合的方法，揭示了蒸发过程中微管-肌动蛋白滴状体的自组织行为及湿性特征，揭示了交叉链接与主动应力在调控系统动态中的关键作用。
2026-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Actively crosslinked microtubule networks: mechanics, dynamics and filament sliding
细胞骨架网络是活性物质的基础实例，并且是细胞中自组织结构的中心。在体内，这些网络是活性的和高度交联的。将它们的大尺度动力学与其组分的性质联系起来仍然是一个未解决的问题。在这里，我们研究了由微管和XCTK 2驱动蛋白马达制成的体外系统，该系统形成对齐的活性凝胶。使用光漂白，我们证明了凝胶的对齐微管，由电机驱动，不断地滑动过去的速度独立于当地的极性。在纺锤体中也观察到这种现象，但仍无法解释。我们从微观角度出发，推导出一个由分子马达交联的粗粒化微管凝胶的一般框架。利用微管-微管耦合和驱动蛋白的力-速度关系，该理论自然地解释了实验结果：马达在极性变化的区域产生主动应变率，这使得相反极性的微管能够在不对材料施加应力的情况下相互滑过。
2018-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Wrinkling instability in 3D active nematics
在自然界中，生物聚合物和马达蛋白之间的相互作用产生了生物学上必不可少的涌现行为。除了细胞骨架力学之外，活性向列体也是由这种相互作用产生的。在这里，我们提出了一个由微管，驱动蛋白马达和消耗剂的三维主动向线的研究。它显示了丰富的行为，从向列有序的空间填充分布的微管束向扁平和收缩的2D带状物，经历了一个旋转不稳定性，随后过渡到一个3D活跃的湍流状态。皱纹波长与ATP浓度无关，我们的理论模型描述了它与出现时间的关系。我们比较实验结果与数值模拟，证实了驱动蛋白马达的交联和滑动的微管的关键作用。我们的研究结果的积极收缩的网络和独立的皱纹波长ATP浓度的理解这些3D系统的重要步骤。
2020-08-04 cond-mat.soft
Spatiotemporal patterning of extensile active stresses in microtubule-based active fluids
主动应力，这是集体产生的运动消耗能量的棒状成分，产生混乱的自主流动。在空间和时间上控制主动应力是控制可伸展的主动流体的内在混沌动力学的必要前提。我们设计的单头驱动蛋白分子马达，表现出光学增强集群，从而使精确和可重复的空间和时间控制的可扩展的主动应力。这种马达能够在流动状态和静止状态之间快速、可逆地切换。反过来，时空图案的主动应力控制无处不在的弯曲不稳定性的可伸展的活性流体的演变，并确定其临界长度的依赖性。将光学控制的簇与传统的驱动蛋白马达相结合，能够一次性地从收缩性主动应力切换到伸展性主动应力。这些结果开辟了一条道路，对主动流体产生的自主流动的实时控制。
2022-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Memory-induced current reversal of Brownian motors
本文研究了记忆对布朗电机动力学的影响，揭示了记忆诱导的电流反转效应及相空间中的动态局域化现象。
2025-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motor antagonism dictates emergent dynamics in active double networks tuned by crosslinkers
本研究构建了由 kinesin 和 myosin 驱动并受交联剂调节的 actin-microtubule 双网络，揭示了马达拮抗与交联对非平衡动力学和结构演化的相反调控作用，并将多尺度动力学归纳为三大普适类别。
2023-05-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure and dynamics of motor-driven microtubule bundles
将活性材料的大规模涌现行为与其组分的微观性质联系起来是一项挑战，因为缺乏有关此类系统的多尺度动力学和结构的数据。我们通过研究聚乙二醇（一种拥挤剂）对微管束和驱动蛋白-14分子马达的影响来解决这个问题。在低浓度或高浓度聚乙二醇存在下组装的束产生类似的净延伸行为。然而，随着聚乙二醇浓度的增加，微管在束中的运动从双向滑动与延伸过渡到纯延伸没有滑动。小角X射线散射表明，微管动力学的过渡是伴随着从一个开放的六边形到一个压缩的矩形晶格的束中的微管的重排。这些结果表明，尽管微管束和分子马达具有非常不同的内部结构和动力学，但它们可以显示出相似的介观伸展行为。
2022-09-14 cond-mat.soft
Design principles governing the motility of myosin V
分子运动肌球蛋白V在步进过程中表现出广泛的途径，这与其生物学功能密切相关。其中最好的理解是通过摆动杠杆臂向肌动蛋白丝的正端移动，这对肌动蛋白丝作为细胞转运蛋白的作用至关重要。然而，单分子实验也表明，电机“跺脚”，一只手分离和重新绑定到同一地点，并在足够的负荷下后退。解释肌球蛋白V的负载依赖性步进途径的完整分类，以及这些受电机结构和机械化学约束的程度，仍然是悬而未决的问题。从一个聚合物模型开始，我们开发了一个分析理论，以了解支配电机动力学的最小物理特性。特别是，我们解决了头到达目标结合位点的第一通道问题，调查的竞争效应的负载拉回在电机，应变在领先的头部，偏置扩散的方向的目标，和可能性的优先绑定到前进的网站，由于恢复中风。该理论再现了各种实验数据，包括动力冲程和缓慢扩散的搜索制度的平均轨迹的分离头，和力的依赖性的向前向后的步长比，运行长度，和速度。的分析方法产生的失速力的公式，确定的化学循环速率和机械功能，如杠杆臂的弯曲刚度的相对贡献。最重要的是，通过充分探索电机的设计空间，我们预测，肌球蛋白V是一个强大的电机，其动力学行为是不妥协的合理扰动的反应周期，并在杠杆臂的架构的变化。
2013-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Design principles and optimal performance for molecular motors under realistic constraints
在步进率函数和马达-轨道相互作用势所构成的马达设计空间中，研究了分子马达的功率输出和能量效率.分析结果和模拟表明，需要一个门控机制，限制在一个狭窄的窗口配置空间中的前向步进产生高功率在生理相关的负载。通过推导非平衡电机的一般热力学定律，我们发现，在失速的最大扭矩（力）是小于其理论极限的任何现实的电机轨道相互作用，由于速度波动。我们的研究揭示了电机-轨道相互作用的权衡：虽然强相互作用为向前步骤产生高功率输出，但它也导致更高的浪费自发后退的可能性。我们的分析和模拟表明，这种权衡设置了一个基本限制的最大电机效率存在自发回步，即，松耦合平衡这种权衡导致的最佳设计的电机轨道的相互作用，实现最大效率接近1的现实电机，不完美地耦合与能源sources.Comparison与现有的数据和建议，为未来的实验进行了讨论。
2018-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Bidirectionality From Cargo Thermal Fluctuations in Motor-Mediated Transport
分子马达蛋白是细胞内运输的重要组成部分，通过产生力来沿着细胞骨架丝拖动货物。两种方向相反的马达（例如驱动蛋白、动力蛋白）可以附着在相同的货物上，已知这会产生双向净运动。虽然以前的工作集中在电机数量作为开关的驱动噪声源，我们提出了一种替代机制：货物扩散。本文提出了一个平均场数学模型来研究两种分子马达与货物热涨落（扩散）的机械相互作用。电机对货物速度波动的延迟响应被量化，允许完整模型减少单个“特征距离”，这是货物上净力的代理。然后发现该系统是亚稳态的，完全由于不同的定向运输状态之间的货物扩散切换。然后使用平均首次通过时间分析研究在这些状态之间切换的时间。切换时间被发现是非单调的货物的阻力，提供了一个实验测试的理论。
2016-12-27 cond-mat.soft math.DS physics.bio-ph
UNC-104 transport properties are robust and independent of changes in its cargo binding
本研究通过实验与理论结合，发现泛素样修饰增强UNC-104马达的货物协同结合，但不影响其转运特性，维持马达稳态分布。
2024-09-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Simulating a burnt-bridges DNA motor with a coarse-grained DNA model
我们应用一个最近开发的粗粒度的DNA模型，旨在捕捉纳米技术DNA系统的基本物理，一个“烧桥”的DNA马达组成的单链货物的步骤procancelled沿着单链定子的轨道的研究。我们证明，该模型是能够模拟这样的系统，并调查的步进过程的定子的空间分离的敏感性，发现增加的距离可以抑制成功的步骤，由于建立不利的张力。抑制的机制表明，改变定子之间的距离可以被用作一种方法，用于提高电机的信噪比，需要在定子的接合处做出决定。
2012-12-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
A Simple Kinetic Model Describes the Processivity of Myosin-V
肌球蛋白V是一种负责细胞器和囊泡运输的运动蛋白。最近的单分子实验表明，它是一个有效的进行马达，沿着肌动蛋白丝行走，平均步长接近36 nm。肌球蛋白-V运动的理论研究，提出了一种方法，成功地用于分析常规驱动蛋白的动力学，但也考虑到一些步长的变化。肌球蛋白-V目前的实验数据可以很好地描述了一个两态化学动力学模型与三个负载依赖性的速率。此外，分析预测的平均速度和随机性的变化-从均匀的，恒速运动的随机偏差的定量测量-与ATP浓度下的阻力和辅助负荷，并表示{ \it子}步骤的大小$d_{0} \simeq$ 13-14 nm（从ATP结合位点），似乎符合独立的观察。
2002-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Transport by molecular motors in the presence of static defects
本文从理论上研究了静态缺陷下分子马达沿细胞骨架丝的运输。单电机的运动被描述为沿着灯丝的有偏随机行走以及绑定到灯丝和从灯丝解绑定。三种基本类型的缺陷进行了区分，这不同于正常的灯丝网站，只有在一个电机的过渡概率。步进缺陷与减少的概率向前步骤和未绑定缺陷与增加的概率电机未绑定强烈降低的速度和运行长度的电机与缺陷密度增加。对于通过单个马达的运输，马达结合的概率降低的结合缺陷对运输性质具有相对小的影响。对于由马达队进行的货物运输，结合缺陷也改变了货物颗粒的有效解结合率，并且预计具有更强的影响。
2009-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Spindles and active vortices in a model of confined filament-motor mixtures
本文通过数值模拟受限离散细丝-马达蛋白模型，发现了纺锤体、星体和涡旋等结构的自发形成，揭示了压力、马达速度与密度对自组织状态的影响，并强调需进一步理解活性凝胶微观活动与宏观自组织间的联系。
2011-07-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Semiflexible Ring Polymers on Active Motor Beds: Nonequilibrium Dynamics and Conformations
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究所穆扎法尔加尔分校）；Tata Institute of Fundamental Research Hyderabad（塔塔基础研究院海得拉巴分院）
通过粗粒化朗之万模拟，研究半柔性环状聚合物在活性马达基底上的非平衡动力学，揭示活性、持续性和刚度依赖的旋转与构象行为。
2026-06-09 cond-mat.soft
Shear-induced gelation of self-yielding active networks
分子马达产生的主动应力驱动细胞骨架远离平衡，赋予其可调的机械特性，这些特性对于细胞分裂和运动等多种功能至关重要[1-5]。设计类似的仿生系统是创造能够模拟细胞功能的活性物质的关键先决条件[6-7]。这些长期目标需要了解电机产生的应力如何调整丝状网络的机制[8-11]。在基于微管的活性物质中，驱动蛋白马达产生可伸展运动，导致网络链接的持续断裂和重组[12]。我们研究了这种微观动力学如何改变网络的机械性能，揭示了网络粘度首先随着施加的剪切速率而增加，然后过渡回低粘度状态。通过调节分子马达的速度，可以控制非单调的剪切依赖粘度。一个两状态的唯象模型，结合液体和固体样元素定量相关的非单调剪切速率依赖的粘度，局部测量流量。这些研究表明，可伸展网络的流变学不同于先前研究的活性凝胶[13]，其中收缩性增强了机械刚度。此外，流体动力学相互作用的游泳者的连续模型没有捕获流动诱导的凝胶化[14-21]。活性相关的粘弹性的观察需要发展的软活性固体，其内在的活性应力的屈服或屈服的网络模型。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Collective dynamics of microtubule-based 3D active fluids from single microtubules
驱动蛋白驱动的、基于微管的3D活性流体的自组织依赖于单个微管的集体动力学。然而，宏观流体流动和微管的微观运动之间的联系仍然不清楚。在这项工作中，单微管的运动的特点是通过二维滑动分析，并与三维活性流体的流动进行比较。虽然这两个系统的规模相差1,000倍，但两者都是由进行性、非进行性或两种分子马达蛋白的相等混合物驱动的。为了寻找两个系统之间的动态相关性，通过改变温度和ATP浓度来调节运动活动，并比较两个系统的变化。马达的持续合成能力发挥了重要作用，在活跃的流体流动，但只有当流体几乎不动，否则，流量占主导地位的流体动力学阻力控制的样本大小。此外，虽然发动机的热反应导致主动流体随着温度的升高而流动得更快，但这种温度依赖性可以通过引入温度变化的耗尽剂来逆转，强调耗尽剂在设计主动流体的温度响应中的潜在作用。活性流体的温度响应几乎是立即的（<10秒）。这样的特性使得能够用温度开关控制活性流体。总的来说，这项工作不仅澄清了温度在活跃流体活动中的作用，而且揭示了活跃流体的集体动力学与其组成的单个微管的动力学之间关系的基本原理。
2019-04-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
