Low-Reynolds-number, bi-flagellated Quincke swimmers with multiple forms of motion
在零雷诺数（Re）的限制下，游泳者利用一系列非往复的身体运动来推进自己。对于人工游泳器，需要结合其几何和机械特性，适当选择驱动其运动的动力源。尽管各种外部场（磁场、声学、光学等）已经介绍了，电场很少用于在无限空间中实验性地致动这种游泳者。在这里，我们使用均匀和静态的电场，以证明运动的双鞭毛球在低Re通过昆克旋转。这些昆克游泳者表现出三种不同形式的运动，包括由于弹性电流体动力相互作用而产生的自振荡状态。每一种运动形式都遵循着空间中不同的轨迹。我们的实验和数值结果表明，一种新的方法来产生，并可能控制，人工鞭毛虫游泳运动。
2021-05-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cooperative Conformational Transitions in Macromolecules under Mechanical Stretching. An Exactly Solved Model for Single Molecule Experiments
University of Barcelona（巴塞罗那大学）；University of Lleida（莱里达大学）；Institute for Bioengineering of Catalunya (IBEC)（加泰罗尼亚生物工程学院）；The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)（巴塞罗那科学与技术研究院）
基于弹性自由连接链模型，提出一个包含两个Kuhn长度、两个弹性力常数、自由能差和最近邻相互作用能的最小参数框架，精确求解线性大分子在拉伸下的构象转变，成功再现PEG、HA和B-DNA到S-DNA的力-伸长曲线，并分析了协同性及两种驱动机制。
2026-05-29 cond-mat.soft physics.chem-ph
Self-Healing Small-Scale Swimmers
在本文中，描述了能够自主推进和飞行中结构恢复的自我修复的小型游泳者。新的策略在游泳者遭受严重损伤后立即恢复其功能。将磁性微粒与印刷的功能体层（由导电碳、低密度疏水性聚合物和催化活性金属组成）一起并入条带中，导致移动的受损催化尾部快速重新取向并重新附着到其互补的断裂的静态体片上。这种磁性排列和吸引力恢复了原始的游泳者结构和推进行为，独立于用户输入，显示出高达88%的愈合效率。通过对磁场的建模和不同运动员配置的仿真，研究了运动员周围的磁力场分布。研究了多根磁性修复条的损伤位置和损伤形态对修复效果的影响，并比较了它们对修复效果的影响。由于其多功能性，快速恢复，简单性和效率，新的飞行自我修复策略代表了开发新型机器人的重要一步，这些机器人可以在极端机械损坏的情况下恢复其功能，其中修复是不可能的或具有挑战性的。
2020-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dominant folding pathways of a peptide chain, from ab-initio quantum-mechanical simulations
使用主导反应途径方法，我们进行了从头计算的量子力学模拟的构象转变的肽链。我们提出的方法使得有可能调查这些系统的平衡动力学，而不诉诸于分子力场的经验表示。它还允许研究涉及电子结构重排的罕见跃迁。通过比较从头算模拟的结果与采用标准力场得到的结果，我们讨论了它的能力来描述非平衡动力学的构象转变。
2010-07-29 cond-mat.soft cond-mat.str-el q-bio.BM
Design of Toy Proteins Capable to Rearrange Conformations in a Mechanical Fashion
我们设计了一种玩具蛋白质来模仿酶的机器功能。通过对致密晶格聚合物构象空间的研究，我们证明了大规模构象重排的可能性，这种重排发生在（i）不打开致密态，（二）沿直线我们还证明了扩展序列设计方法的可能性，使得它产生一个“集体漏斗”景观，其中玩具蛋白质（计算上）折叠到谷中，在其底部具有重排路径。沿着路径的态的能量可以被设计为大致相等，允许沿着路径的扩散，它们也可以被设计为在某个方向上提供显著的偏置。与玩具配体分子一起，我们的“酶”机器可以执行整个循环，包括配体结合时在一个方向上的构象松弛和配体释放时在相反方向上的构象松弛。这个模型，但示意性的，应该是有用的，作为一个测试场的现象学理论的机器一样的性质的酶。
2002-12-05 cond-mat.soft q-bio
Cooperative folding of muscle myosins: I. Mechanical model
被动交联剂的机械诱导折叠是一种基本的生物学现象。一个典型的例子是肌球蛋白II的构象变化，负责骨骼肌中的动力冲程。在本文中，我们提出了一个非热的角度来看，这样的折叠分析最简单的纯机械原型：一个平行束的双稳态单元连接到一个共同的骨干。我们表明，在这个分析透明的模型，其特征在于一个崎岖的能源景观，基态总是高度相干，单相配置。我们认为，这种合作行为，确保集体构象变化，是由于长程相互作用的主导地位，使系统的非加性。我们的模型的详细预测是一致的实验观察到的非等效的骨骼肌加载在软，硬设备的快速力恢复。该模型显示的一些特征也可以在其他具有被动多稳定性和长程相互作用的生物系统的行为中识别，包括分离粘合剂和拉RNA/DNA发夹。
2017-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lipid Flip-Flop Driven Mechanical and Morphological Changes in Model Membranes
我们研究，使用耗散粒子动力学模拟，模型流体双层膜上的活性脂质触发器的效果。我们认为这两种情况下的对称以及不对称的触发器。对称翻转导致膜的稳定状态，其有效温度高于平衡膜的有效温度，有效表面张力低于平衡膜的有效表面张力。不对称翻转导致膜的瞬时构象变化，其形式为芽或泡形成，这取决于翻转速率。
2008-08-23 cond-mat.soft
Direct visualization of flow-induced conformational transitions of single actin filaments in entangled solutions
虽然半柔性聚合物和纤维因其丰富的机械性能而成为一类重要的材料，但目前尚不清楚这些性能与聚合物的微观构造有何关系。肌动蛋白细丝构成理想的模型聚合物系统，由于它们的微米尺寸的长度和相对高的刚度，允许在单丝水平成像。在这里，我们研究了在剪切流中的肌动蛋白丝的构象动力学缠结的效果。我们直接测量完整的三维构象的单个肌动蛋白丝，使用共聚焦显微镜结合一个反向旋转锥板剪切细胞。我们发现，最初纠缠的长丝形成解开取向有序的发夹，局限于流涡平面。此外，剪切流导致发夹尾部的拉伸和剪切对齐，而长丝长度分布保持不变。这些观察结果解释了缠结的F-肌动蛋白溶液的应变软化和剪切稀化行为，这有助于理解含有半柔性聚合物的复杂流体的流动行为。
2015-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Different pathways in mechanical unfolding/folding cycle of a single semiflexible polymer
采用Langevin动力学方法研究了机械外场作用下半柔性聚合物的构象变化动力学。结果发现，半柔性聚合物在机械折叠/展开循环中即使在缓慢的操作下也表现出大的滞后，而在柔性聚合物中，滞后在足够慢的操作下几乎消失。这表明，半柔性聚合物的结构转变的基本特征应至少在二维相空间上解释。这种大滞后的外观进行了讨论，在加载和卸载过程中的不同途径。通过使用一个最小的两个变量模型，磁滞回线描述在两个稳定状态之间的过渡的不同途径。
2005-11-02 cond-mat.soft
Force-induced Elastic Softening and Conformational Transitions in a Polyampholyte Chain
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究学院）
本研究通过分子动力学模拟和广义随机相位近似理论，揭示了双嵌段聚两性电解质链在拉伸力下的构象转变及弹性软化行为，建立了静电关联、电荷序列与非线性弹性的联系。
2025-11-13 cond-mat.soft
Mechanical response to tension and torque of molecular chains via statistically interacting particles associated with extension, contraction, twist, and supercoiling
一种方法，用于统计力学分析的聚合物链在张力下引入先前扩展到包括扭矩。在这种分析方法的框架中，单体之间或整个单体组之间的单个键对张力和扭矩的组合的响应涉及（热或机械）激活特定混合的统计相互作用粒子，这些粒子携带伸展或收缩量子和扭曲或超螺旋量子。该方法，这是阐明在日益复杂的应用，是能够描述扭曲的手征和plectonemic手征之间的转换在准静态过程。控制变量是力或伸展和扭矩或连接（扭曲和扭动的组合）。这种方法的多功能性证明在两个应用程序相关的和有前途的双链DNA下控制的张力和扭矩。一个应用描述了与实验数据一致的（天然）B-DNA、（下缠绕）S-DNA和（上缠绕）P-DNA之间的构象转换。另一个应用程序描述了扭转链和超螺旋链之间的转换如何适应屈曲过渡中的连接和多余长度的变化。
2022-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Why Microtubules run in Circles - Mechanical Hysteresis of the Tubulin Lattice
每个真核细胞的命运都微妙地依赖于微管的特殊机械特性。尽管付出了巨大的努力，但了解它们不寻常的机制仍然是难以捉摸的。一个持续存在的未解决的谜团是长寿弧和环的形成，例如在驱动蛋白驱动的滑动测定中。为了阐明它们的物理起源，我们开发了一个模型的微管的晶格的内部运作，根据最近的实验证据的微管蛋白二聚体的构象开关。我们表明，微管晶格本身共存于离散的多态性状态。弯曲状态可以通过机械滞后来诱导，所述机械滞后涉及协同作用的几个分子马达的典型扭矩和力。这种晶格开关使微管不仅在典型的细胞力下几乎不可破坏，而且还为它们提供了整合机械和化学刺激的可调响应。
2014-05-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Designing allostery-inspired response in mechanical networks
超材料设计的最新进展表明，无序弹簧网络的整体力学性能可以通过选择性地修改一小部分键来调节。在这里，使用计算效率高的方法，我们扩展了这个想法，以调整网络的更一般的属性。几乎完全成功，我们能够产生一个应变之间的任何一对目标节点在网络中的任何一对节点，以响应施加在任何其他节点上的源应变，通过删除只有约1%的债券。我们还能够从单个源控制多对目标节点，每个目标节点具有不同的个体响应，并将多个独立的源/目标响应同时调谐到网络中。我们已经在宏观二维和三维系统中制造了物理网络，这些网络表现出这些响应。这种有针对性的行为让人想起蛋白质变构过程中经常发生的长程偶联构象变化。我们创造这些反应的容易程度可能会让我们深入了解为什么变构是调节生物分子活性的常见手段。
2016-07-28 cond-mat.soft
Paramagnetic response of muscle-type systems
我们提供了一个典型的机械诱导的集体构象变化（折叠）的描述，相关的各种生物背景下，从肌肉收缩毛细胞门控和整合素结合。我们的研究是受到启发的开创性的赫胥黎-西蒙斯（HS）模型，我们重新解释从随机动力学的角度，涉及刚性耦合双稳态元素。在这种解释的HS模型可以映射到一个顺磁伊辛模型，然而，等效是不完整的，由于存在的弹性元素负责负磁化率和准临界行为。我们超越了传统的化学机械描述这样的系统，揭示其优势和局限性。
2017-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bell Rate Model with Dynamic Disorder: Model and Its Application in the Receptor-ligand Forced Dissociation Experiments
我们扩展了Bell强迫解离速率模型，考虑到动态无序。本工作的动机是从最近的强制解离实验的粘合剂受体配体的复合物，其中一些复合物被发现，增加他们的平均寿命（捕获键）时，他们被机械力拉伸，而力增加超过一些阈值，他们的寿命下降（滑动键）。与我们以前的力调制动力学无序模型不同，在本工作中，我们允许力在从复合物的束缚态到过渡态的方向上的投影可以是负的。我们的定量描述是基于一维扩散辅助反应模型。我们发现，虽然该模型可以很好地描述在单键P-选择素糖蛋白配体1（PSGL-1）-P-和L-选择素强迫解离实验中观察到的捕获-滑移转换，但它可能是物理上不可接受的，因为该模型预测的滑移-捕获键转换时，构象扩散系数趋于零。
2006-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tunable Signal Penetration and Response Plateaus in Bistable Mechanical Media
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗莱堡大学）
研究针对传统粘弹性材料处理机械信号的不足，利用双稳态机械介质，通过微观布朗动力学与泊松切换耦合模拟，得出解析解，揭示信号穿透和响应现象及权衡，为智能软物质频率选择性信号处理提供设计规则。
2026-11-09 cond-mat.soft
Effects of microtubule mechanics on hydrolysis and catastrophes
我们介绍了一个模型，微管力学包含在相邻的原丝，二聚体的弯曲刚度，和原丝建模空间约束之间的排斥相互作用的侧键水解和灾难的机械力的影响进行调查。我们使用变构二聚体模型，其中微管蛋白二聚体的特征在于平衡弯曲角，其通过二聚体的水解从$0^\circ$变为$22^\circ$。这也会影响横向相互作用和弯曲能，从而影响微管的机械平衡状态。由于水解引起二聚体的构象变化，机械力也通过调节水解速率的机械能变化来影响水解速率。通过微管力学的相互作用，然后在水解动力学中产生相关效应，这是以前没有考虑到的。假设机械能对水解速率的主导影响，我们研究了矢量和随机水解的最可能的水解途径。调查的稳定性与横向键断裂，我们确定的初始配置沿水解途径和横向键断裂力的值的灾难。如果我们允许断裂的二聚体之间的横向债券在相邻的原丝超过这个阈值力，我们的模型表现出雪崩般的灾难事件。
2014-06-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mechanical unfolding of a homopolymer globule studied by self-consistent field modelling
我们目前的结果的数值自洽场（SCF）计算的平衡机械展开的小球形成的一个单一的灵活的聚合物链崩溃在不良溶剂。根据早期的标度理论和随机动力学模拟结果，我们已经确定了三种伸展变形机制：（i）线性响应状态，其特征在于弱伸长的（ii）蝌蚪结构，在变形的中间范围，具有与拉伸的“尾巴”共存的球形“头”，和（iii）在强延伸处均匀拉伸的链。从蝌蚪的构象过渡到拉伸链是伴随着一个突然展开的耗尽球状头和相应的跳跃式下降链内张力。展开-再折叠循环在转变点附近表现出滞后回线。这三个制度的变形，以及一阶像蝌蚪和拉伸链构象之间的过渡，可以通过实验观察到的条件是，在链中的单体单元的数量是大的和/或溶剂的质量是足够差。另一方面，对于短链，在中等差的溶剂强度条件下，解折叠转变是连续的。在所施加的端到端距离增加时，延伸的小球在任何程度的变形下都保持纵向均匀的形状。在所有情况下，该系统表现出负的拉伸模量在中间范围内的变形。我们预计，预测模式的力变形曲线的聚合物分子在不良溶剂中可以观察到在单分子原子光谱实验。
2009-07-22 cond-mat.soft
Stretching chimeric DNA: a test for the putative S-form
双链DNA在约65 pN的拉力下“过度拉伸”，长度增加1.7倍。过度拉伸状态的性质是未知的，尽管它对DNA的生物功能和技术应用相当重要。有些人认为过度拉伸是一种力诱导的变性，另一些人认为过度拉伸是由一种被称为S-DNA的伸长的杂交状态的转变组成的。在一个统计力学模型中，我们考虑了极端层序非均质性对过度拉伸的影响。“嵌合”序列具有显着不同的AT组成的一半延长固定的外部条件下通过不同的，空间隔离的转换。相应的力-延伸数据显示在力下的两个平台，其差异以定性地取决于杂交S形是否可接近的方式随牵拉速率而变化。这一观察结果意味着可以在实验中进行S-DNA测试。我们的研究结果表明，定性不同，空间隔离的构象转变可以发生在一个单一的热力学状态内的单个DNA分子。
2008-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Deconvolution of dynamic mechanical networks
时间分辨的单分子生物物理实验产生的数据，除了从时间序列的直方图导出的平衡分布之外，还包含丰富的动态信息。在典型的力光谱设置中，分子通过连接器连接到读出设备，形成机械耦合的动态网络。平衡分布的反卷积，过滤掉链接器的影响，是一个简单而常见的做法。我们已经开发了一个类似的动态去卷积理论，用于提取任意复杂性和拓扑结构的网络中各个组件的动力学特性这一更具挑战性的任务。我们的方法确定了网络中给定分子的固有线性响应函数，描述了构象波动的功率谱。我们的方法的实用性证明了通过DNA手柄连接到两个光学捕获珠在恒定的拉伸力，我们通过布朗动力学模拟的蛋白质的特定情况下。蛋白质自由能景观中的每一个阱（对应于折叠、未折叠或可能的中间状态）都有其特有的平衡涨落。相关的线性响应函数是丰富的物理内容，因为它既取决于井的形状和它的扩散率-内摩擦的措施所产生的过程，如短暂的断裂和重组的蛋白质结构中的键。从自相关函数的平衡珠的波动在这个力钳设置测量，我们展示了如何实验可以准确地提取状态依赖的蛋白质扩散率使用一个简单的两步程序。
2011-07-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Topological characterization of the continuum of allosteric response
本文提出变构形变的定量拓扑框架，用机械网络和真实蛋白质证明变构机制并非离散原型，而是涵盖铰链与通路特征的连续体。
2024-01-25 cond-mat.soft
Adaptive Resolution Force Probe Simulations: Coarse Graining in the Ideal Gas Approximation
本研究将自适应分辨率方案（AdResS）与理想气体近似结合用于力探针分子动力学模拟，在杯[4]芳烃二聚体和β-丙氨酸八聚体上验证了其与全原子模拟的一致性，为复杂去折叠路径的模拟提供了高效方法。
2024-07-16 cond-mat.soft
Markov State Model for the forced unfolding of a small peptide
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
本文利用马尔可夫状态模型研究小肽受力展开过程，通过集体变量和降维技术构建模型，准确模拟微观行为，适用于端到端距离不足以描述的复杂展开系统。
2026-05-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Conformation-Mediated Kinetics of Polymer Chain Scission under Tension
University of Oxford（牛津大学）
本文开发了考虑三维构象涨落的统计力学框架，揭示张力下聚合物链断裂的构象介导动力学，为聚合物损伤与断裂的网络尺度模型提供物理输入。
2026-08-26 cond-mat.soft physics.chem-ph
Sugar-Pucker Force-Induced Transition in Single-Stranded~DNA
单链DNA（ssDNA）的弹性性质的准确知识是表征通过力谱方法研究的分子反应热力学的关键，其中DNA是机械展开的。实例范围从DNA杂交，DNA配体结合，DNA解旋由解旋酶，等。迄今为止，ssDNA弹性已经研究了不同的方法在不同的序列和轮廓长度的分子。已经报道了结果的分散，并且已经发现对于较短的ssDNA分子，持续长度的值更大。我们进行了拉实验与光镊的弹性响应的ssDNA的长度超过三个数量级（60-14 k碱基）的特征。通过将力-延伸曲线（FEC）拟合到蠕虫样链模型，我们证实了上述趋势：相对于最长分子（14 kb），最短分子（60 b）的持久长度几乎加倍。我们表明，所观察到的趋势是由于不同的力制度适合长和短的分子，这转化为两个不同的弹性制度，在低和高的力量。我们解释了这种行为的力诱导的糖折叠构象转变（C3 '-endo C2'-endo）后拉ssDNA。
2021-10-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
