Pinning-induced folding-unfolding asymmetry in adhesive creases
软弹性物质和生物组织的压缩可导致褶皱，这是一种表面急剧折叠成周期性自接触的不稳定性。有趣的是，释放张力后表面的展开通常并不完美：在反复挤压期间，小疤痕仍然作为折痕的核。在这里，我们提出折痕实验粘性聚合物表面，使用共聚焦显微镜，解决折叠和展开发生的接触线区域。研究发现，表面张力在自接触的边缘产生第二次折叠，导致奇异的弹性应力和自相似的折痕形貌。然而，这些配置文件表现出内在的折叠展开的不对称性，这是由接触线钉扎，在某种程度上，类似于不完美的固体上的液体润湿。因此，接触线钉扎是折痕的关键要素：它抑制完全展开并赋予柔软表面折叠记忆。
2021-06-11 cond-mat.soft
Power-law rheology and mechano-sensing in a cytoskeleton model with forced protein unfolding
我们描述了一个模型的细胞骨架力学的基础上力引起的构象变化的蛋白质交联在一个强调的聚合物网络。模拟网络的缓慢变形包含交联，经历重复，串行域展开导致一个不寻常的状态-与许多交联积累附近的临界力进一步展开。这些链接的热激活引起类似于以前无法解释的机械反应的活细胞的幂律流变学。此外，我们假设，这种蛋白质交联的功能作为生化机械传感器的细胞骨架变形。
2006-03-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mesoscale heterogeneity in protein hydrogels induced by dynamic unfolding and post-gelation rearrangements
School of Physics and Astronomy, University of Leeds（利兹大学物理与天文学院）；School of Computer Science, University of Leeds（利兹大学计算机科学学院）
本研究通过粗粒化模型揭示化学交联蛋白质水凝胶中动态解折叠与凝胶后重排如何产生介观异质性，为设计新型生物材料提供预测性理解。
2026-09-23 cond-mat.soft
Temperature- and Force-Induced beta-Sheet Unfolding in an Exactly Solvable Model
用二维晶格生物聚合物模型研究了$β$ -片状构象的稳定性及其向无规卷曲的转变。在低温和低外力下，聚合物在其自身上来回折叠并形成$β$ -片。我们的分析计算和蒙特卡罗模拟表明，一个合作的$β$ -片-随机线圈的转变发生时，温度或力的增加，在接触数急剧下降。这些预测与肌联蛋白的实验结果吻合得很好。这种转变不是一个真正的相变，表明骨架氢键单独不能稳定一个独特的$β$ -片相。
2002-03-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Cellular Micromasonry: Biofabrication with Single Cell Precision
在许多组织中，细胞类型在单细胞长度尺度上变化，从而产生对生理功能至关重要的详细空间异质性。为了理解组织功能和详细结构之间的关系，并有朝一日在结构和生理上精确地设计组织，我们需要能够组装具有活组织中发现的细节水平的3D细胞结构。在这里，我们介绍了一种3D细胞组装的方法，它具有比单细胞尺度更精细的精度水平。通过这种方法，我们创建了许多具有明确定义的空间模式的结构，证明细胞类型可以在单个细胞的规模上变化，并在组装后显示功能。这项技术提供了无数的机会，研究细胞行为在定义的背景下，包括复杂的相互作用，在胚胎发生过程中操作。
2022-01-21 cond-mat.soft
Cellular Flow Architecture Exposes the Hidden Mechanics of Biological Matter
本研究提出细胞流的拉格朗日相干结构（LCSs）驱动细胞间应力重排，其与生物力学指标强相关，桥接微观细胞运动与介观生物力学，建立从细胞运动推断生物力学指标的框架，为解释机械敏感生物学过程提供新途径。
2025-08-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Towards local electromechanical probing of cellular and biomolecular systems in a liquid environment
机电耦合在生物系统中普遍存在，例如钙化和结缔组织中的简单压电性，电压门控离子通道，线粒体中的能量储存，以及心肌细胞和外毛细胞静纤毛中的机电活动。压电响应力显微镜（PFM）最初是作为一种研究铁电材料中机电现象的技术出现的，近年来，已被用于研究广泛的非铁电极性材料，包括压电生物材料。同时，该技术已从环境扩展到模型铁电系统上的液体成像。在这里，我们提出了几个模型的细胞和生物分子系统，包括胰岛素和溶菌酶淀粉样纤维，乳腺癌细胞和细菌视紫红质在液体环境中的局部机电探测的结果。SPM在液体中的操作的具体功能划定和瓶颈的路线走向纳米分辨率的机电成像的生物系统被确定。
2007-04-30 cond-mat.other cond-mat.soft
Insights into Protein Unfolding under pH, Temperature, and Shear using Molecular Dynamics Simulations
本研究通过全原子分子动力学模拟发现，高温、酸性pH和剪切应力分别通过不同途径诱导牛血清白蛋白去折叠，提示需针对不同应激源采取差异化稳定策略。
2024-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanics of collective unfolding
被动交联剂的机械诱导解折叠是从单个大分子到细胞骨架肌动蛋白网络的尺度上遇到的基本生物学现象。在本文中，我们研究了一个概念模型的非热负荷引起的展开，并使用一个最低限度的设置，允许一个强调的作用，远程相互作用，同时保持充分的分析透明度。我们的模型可以被看作是一个描述的平行束N个单位之间的两个共享的刚性骨干，通过一系列弹簧加载。我们表明，在这个模型中的基态对应于同步，单相配置，其中所有的单个单元是折叠或展开。然后，我们研究的精细结构的波动能量景观沿反应坐标连接的两个相干态和描述的合作展开的最佳机制。非常值得注意的是，我们的研究表明，在硬（固定位移）和软（固定力）加载装置，坚持在连续极限的折叠展开能量障碍的大小和结构的根本区别。我们认为，在硬和软设备的机械响应的同步和非等效性，有他们的起源在远程相互作用的主导地位。然后，我们将我们的极小模型应用于骨骼肌，其中肌动蛋白横桥中的动力冲程可以被解释为被动折叠。肌肉模型的定量分析表明，肌球蛋白骨架的相对刚性提供了远程相互作用机制，使系统能够有效地同步在个别的横桥，即使在存在热波动的功率冲程。鉴于所提出的模型的原型性质，我们的一般结论涉及到各种其他生物系统的弹性相互作用是由有效的骨干。
2015-01-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Differential growth of wrinkled biofilms
生物膜是耐药性细菌聚集体，生长在潮湿的表面上，可引发医院获得性感染。他们提供了一个经典的例子，在生物学中，细胞群落的动态可以观察和研究。基因表达调节细胞分裂和分化，从而影响生物膜结构。机械和化学过程塑造了最终的结构。我们深入了解细胞和机械过程之间的相互作用，通过混合模型在空气琼脂界面上的生物膜的发展。细胞行为受营养物质、废物和自诱导物浓度场级联的随机规则支配。细胞分化和死亡改变了生物膜的结构和机械性能，生物膜根据Foppl-Von Karman方程变形，该方程由细胞过程和与基质的相互作用提供信息。由于生长和膨胀引起的刚度梯度产生皱纹分支。我们能够再现通常由空气-琼脂界面上的生物膜形成的褶皱结构，以及通常用B.枯草杆菌。
2015-02-23 cond-mat.soft nlin.AO nlin.CG
Genomic 3D-compartments emerge from unfolding mitotic chromosomes
间期细胞中基因组的3D组织不是随机折叠的聚合物。相反，实验表明，染色体排列成一个与生物过程相关的3D区室网络，如转录，染色质修饰和蛋白质结合。然而，当DNA浓缩时，这些隔室在细胞分裂期间不存在，并且尚不清楚它们如何以及何时出现。在本文中，我们专注于细胞分裂后的早期阶段，因为染色体开始去密集。我们使用一个简单的聚合物模型来理解从紧凑的初始状态的局部展开中出现的3D结构的类型。从模拟中，我们恢复了3D隔室，如TADs和A/B隔室，这些隔室在细胞类型和生物体的染色体捕获实验中始终被检测到。这表明大规模的3D组织是膨胀过程的结果。
2018-11-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamic coarse-graining fills the gap between atomistic simulations and experimental investigations of mechanical unfolding
我们提出了一种动态粗粒化技术，允许模拟实验相关的时间尺度上的生物分子或分子复合物的机械展开。它是基于马尔可夫状态模型（MSM），我们从分子动力学模拟使用的拉动坐标作为序参量。我们获得了一个序列的MSM作为离散化的拉动坐标的函数，和拉动过程中建模的MSM之间的切换，根据适用于展开复杂的协议。这样，我们就涵盖了拉速的七个数量级。在该地区的快速拉动，我们另外进行转向分子动力学模拟，并找到良好的协议之间的结果完全原子和动态粗粒度模拟。我们的技术可以确定的力学展开率在一个动态范围内从大约$10^{-8}$ /ns到$1$ /ns，从而达到实验上可访问的时间制度，而不放弃原子分辨率。
2017-10-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Heterogeneous Force Chains in Cellularized Biopolymer Network
生物聚合物网络通过许多信号通路在协调和调节集体细胞动力学方面发挥重要作用。在这里，我们调查的模型生物聚合物网络的机械响应由于嵌入的细胞的主动收缩。具体而言，来自共聚焦显微镜数据的图形（键节点）模型用于表示网络的微观结构，并通过在特定节点上施加相关位移来模拟细胞收缩，代表粘着斑。采用基于力的随机松弛方法，得到了单元收缩时的力平衡网络。我们发现，大多数的力量进行了少量的异构力链从收缩细胞发出。力链由纤维片段组成，这些纤维片段在细胞收缩之前具有高度的对齐，或者由于细胞收缩诱导的重定向而对齐。观察到沿不同力链的力的大的波动。重要的是，沿力链的力的衰减明显慢于系统中径向平均力的衰减。这些结果表明，生物聚合物网络结构的纤维性质可以支持长距离力传递，从而支持细胞之间的长距离机械信号传递。
2015-08-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
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
Controllable synthesis of calcium carbonate with different geometry: comprehensive analysis of particles formation, their cellular uptake and biocompatibility
精心设计的微米和纳米载体可以在生物医学应用中提供优于常规宏观对应物的显著优势。为了成功实现输送，应考虑一系列要求，包括高装载能力、触发释放机制、生物相容性和生物降解性。多孔碳酸钙（CaCO3）是最有前途的平台之一，它可以满足所有前面提到的要求。在这里，我们研究了碳酸钙的颗粒形成和生物适用性。特别地，使用基于氯化钙和碳酸钠/碳酸氢钠在有机添加剂的存在下以不同比例的共沉淀的绿色可持续方法合成各向异性的不同形状的CaCO3颗粒。系统地研究了盐浓度、反应时间以及有机添加剂对CaCO3颗粒的影响，实现了CaCO3颗粒的可控和可靠设计。已经证明，颗粒的结晶度（球霰石或方解石相）取决于初始盐浓度。制备的碳酸钙颗粒的负载能力由其表面性质如比表面积、孔径和zeta电位决定。使用不同形状的CaCO3颗粒（球状体、椭圆体、环形体）来评价它们对C6神经胶质瘤细胞的摄取效率。结果表明，椭圆形颗粒具有更高的被癌细胞内化的可能性。所有测试的颗粒也被发现具有良好的生物相容性。设计CaCO3颗粒的物理化学性质的能力对药物递送应用具有显著影响，因为颗粒几何形状显著影响细胞行为（内化、毒性）并且允许优于标准球形对应物。
2021-06-30 cond-mat.soft
Biofilms as poroelastic materials
本文提出一个多孔弹性模型，结合Von Karman近似、薄膜近似和元胞自动机描述细菌活动产生的残余应力，并利用滤波策略平滑粗糙张量，以模拟三维生物膜在琼脂表面的弹性变形与液体输运。
2024-01-13 cond-mat.soft cs.NA math.AP
