Anomalous discontinuity at the percolation critical point of active gels
我们开发了一个逾渗模型的动机最近的实验研究凝胶与积极的网络重塑的分子马达。这种重塑被发现会导致一个临界状态，让人想起随机渗流（RP），但与RP不一致的集群分布。我们的模型不仅可以解释这些实验，但也表现出一种不寻常的混合相变：我们发现，过渡的特征是由签名的临界性，但在序参量的不连续性。
2015-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Rapid local compression in active gels is caused by nonlinear network response
活细胞中的肌动蛋白细胞骨架与肌球蛋白马达蛋白一起产生直接或间接驱动基本细胞过程的力。细胞骨架的半柔性细丝可以对马达的集体作用作出非线性响应。在这里，我们调查力学和力的产生在一个模型肌动蛋白细胞骨架，在体外重建，通过观察嵌入的微米级探针颗粒的响应和波动。肌球蛋白微丝可以模拟为力偶极子，并引起周围交联肌动蛋白网络的变形。异常相关的探针波动表明，除了普通的线性剪切弹性（不可压缩）力偶极子的响应出现的网络的快速局部压缩的存在。压缩的异常传播可以归因于肌动蛋白丝对微观力的非线性响应，并且与马达产生的大规模凝胶硬化定量一致。
2019-12-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
A microscopic model for colloidal gels with directional effective interactions: Network induced glassy dynamics
利用分子动力学研究了低体积分数胶体凝胶微观模型的结构和动力学。定向相互作用的存在导致在不发生相分离的温度下形成持久的互连网络。我们发现，大规模的空间相关性强烈依赖于体积分数和持久网络的形成的特点。我们观察到一个预峰值的静态结构因子，并将其与网络结构。凝胶化时的缓慢动力学的特征在于网络结构（链）的移动部分的快速集体运动与产生拉伸指数松弛的大规模重排共存。我们表明，一旦网络是足够持久的，它会导致缓慢的，合作的过程中，网络节点。我们认为，这种特殊的玻璃态动力学是低体积分数的胶体凝胶物理的一个标志。
2010-01-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Enhanced microscopic dynamics in mucus gels under a mechanical load in the linear viscoelastic regime
粘液是一种生物凝胶，覆盖几种组织的表面，并确保关键的生物功能，包括作为防止脱水，病原体渗透或胃酸的保护屏障。粘液的生物功能需要在固体样和流体样机械反应之间的精细调节平衡，由粘蛋白（形成凝胶的糖蛋白）之间的可逆键保证。在活生物体中，粘液受到各种机械应力，例如由于渗透、细菌渗透、咳嗽和胃粘膜炎。然而，我们对应激对粘液影响的认识仍然是初步的，并且大多限于宏观流变学测量，没有深入了解相关的微观机制。在这里，我们同时进行机械测试，以测量猪胃粘液的微观动力学。引人注目的是，我们发现，适度的剪切应力，在宏观流变线性制度，大大提高粘液重组在微观水平上，作为信号的瞬时加速的微观动力学，由高达两个数量级。我们合理化这些发现，提出了一个简单而通用的模型下的物理凝胶的动态应变和验证其假设，通过数值模拟的弹簧网络。这些结果揭示了新的光在微观尺度上的粘液的重排动力学，从粘液清除细菌和药物渗透的现象具有潜在的影响。
2021-10-03 cond-mat.soft
A Unified Model for Non-Fickian Diffusion and Anomalous Swelling of Glassy Polymer Gels
提出统一理论模型，通过将玻璃态聚合物视为粘弹性凝胶并考虑浓度依赖的弛豫时间，统一解释非菲克扩散与非单调溶胀，并给出可实验检验的预测。
2024-04-23 cond-mat.soft
To roll or not to roll(?) is the yield stress (in soft particulate gels)
本研究通过粗粒化模拟发现，软颗粒凝胶中屈服应力的产生不仅源于吸引相互作用和聚集，更关键在于键合颗粒间相对旋转运动的微观约束，为该材料的工程应用提供了微观力学新见解。
2025-03-21 cond-mat.soft
Active gels, heavy tails, and the cytoskeleton
真核细胞的细胞骨架是活性材料的典型例子：嵌入其中的物体由作用于细胞骨架的分子马达驱动，导致异常扩散行为。跟踪细胞附着物体行为的实验观察到具有非高斯分布的位移的异常扩散，具有重尾。这被归因于“细胞地震”或其他空间扩展的集体效应。我们表明，使用模拟和分析理论，一个简单的连续活性凝胶模型驱动的波动力偶极子自然产生沉重的幂律尾细胞骨架位移。我们预测，这个幂律指数应取决于力偶极子分布通过细胞的几何形状和维数，我们发现力偶极子在3D细胞骨架和准二维皮质定性不同的结果。然后，我们讨论了该模型在细胞和合成活性凝胶中的潜在应用。
2021-05-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Motor-free Contractility in Active Gels
动物细胞形成收缩结构以促进从细胞运动到细胞分裂的各种功能。这些结构中的力产生通常是由于分子马达，如肌球蛋白，其功能需要极性底物。在这里，我们提出了一种无电机的机制，可以在生物聚合物网络中产生收缩，而不需要极性。这种机制是基于交联剂的主动结合/解结合，其打破了细致平衡的原理，以及半柔性生物聚合物的不对称力-延伸响应。我们发现，这两种成分可以通过非热的棘轮式过程产生稳态收缩。我们使用粗粒度和微观模型计算得到的力-速度关系。
2020-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Strand plasticity governs fatigue in colloidal gels
固体的重复加载导致微观结构损伤，最终导致灾难性的材料失效。虽然对几乎所有材料的稳定性构成重大威胁，但疲劳的微观起源，特别是软固体，仍然难以捉摸。在这里，我们探讨疲劳的胶体凝胶作为原型不均匀的软固体相结合的实验和计算机模拟。我们的研究结果揭示了机械载荷如何导致不可逆的股线拉伸，这将松弛建立到网络中，在小应变下软化固体，并在较大变形下引起应变硬化。因此，我们发现，微观塑性管辖疲劳在更大的尺度。这就产生了一个新的图片疲劳在软热固体，并要求新的理论描述的软凝胶力学，其中考虑到局部塑性。
2017-09-11 cond-mat.soft
Comment on "Anomalous Discontinuity at the Percolation Critical Point of Active Gels"
在他们最近的工作中，Sheinman等人[Phys. Rev. Lett. 114，098104（2015）]介绍了一种他们称之为无包体渗流（NEP）的渗流变体。主要的观点是：1）NEP中捕获的突出物理更接近实验所发生的; 2）NEP的Fisher指数是$τ=1.82(1)$ ; 3）由于不同的Fisher指数，NEP构成了不同于随机渗流（RP）的普适类。虽然我们完全同意1），并发现NEP是随机渗流的一个非常有趣的变化，但我们不同意2）和3）。我们将证明，$τ$正是$2$，直接从RP派生，因此没有一个新的普适类的基础。
2016-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Uncovering the dynamic precursors to motor-driven contraction of active gels
细胞和组织具有主动产生改变其形状所需的力的非凡能力。这种主动的机械行为主要是由肌动蛋白细胞骨架介导的，肌动蛋白细胞骨架是由肌球蛋白马达收缩的肌动蛋白细丝的交联网络。实验和活性凝胶理论已经确定，凝胶收缩发生的长度尺度由分子马达活性和交联密度之间的平衡决定。相比之下，控制细胞骨架收缩活动的动力学仍然知之甚少。在这里，我们调查的微观动态重构肌动蛋白-肌球蛋白网络，同时使用实时空间视频显微镜和傅立叶空间动态光散射。光散射揭示了丰富的和意想不到的微观动态，随着样品年龄的发展。我们发现了两个动力学的前体，宏观凝胶收缩。一个是由应力诱导的重排的逐步加速的特点，而另一个由依赖于网络粘附到边界的突然重排，是高度异质性。我们的研究结果揭示了一个有趣的类比主动凝胶的自驱动破裂和崩溃的被动凝胶在外部负载下的延迟破裂。
2018-12-16 cond-mat.soft
Low-Reynolds number swimming in gels
许多微生物游动通过凝胶，具有非零零频率弹性剪切模量的材料，如粘液。生物凝胶通常是异质的，包含结构支架（网络）和流体溶剂。我们分析了在凝胶的“双流体”模型中经历横向行波变形的无限大薄片的游动，该模型将网络和溶剂作为两个耦合的弹性和粘性连续相。我们表明，几何非线性必须纳入物理上有意义的结果。我们确定了一个过渡制度的网络变形，以遵循溶剂流动和网络是固定的。当网络静止时，相对于牛顿流体，游泳速度可以提高。压缩效应也可以提高游泳速度。最后，微观细节的片材网络相互作用的影响之间的边界条件的片材和网络。这些边界条件的性质显著影响游泳速度。
2010-04-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Creep in reactive colloidal gels: a nanomechanical study of cement hydrates
从软的聚合物凝胶到硬化的水泥浆，非晶态固体在恒定载荷下表现出显著的时间依赖性变形，称为蠕变。这种现象的微观机制在无定形材料中知之甚少，在密集堆积和化学反应性颗粒系统中构成了更大的挑战。这两个特点是突出存在于水合水泥浆组成的硅酸钙水合物（C-S-H）纳米粒子，其堆积密度增加作为时间的函数，而水泥水化发生。在水化的各个阶段进行纳米压痕测试和孔隙率测量的大量样品的收集，我们表明，水化水泥浆体的蠕变响应主要是由颗粒间的距离和结果（C-S-H）纳米颗粒之间的滑移控制。我们的研究结果提供了一个独特的洞察的微观机制，支撑在老化颗粒材料的蠕变响应，从而为混凝土的设计与改善抗蠕变性铺平了道路。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the Formation of Equilibrium Gels via a Macroscopic Bond Limitation
限制流体中颗粒之间形成的有吸引力的物理“键”的数量，抑制了通常的分层相变到非常低的颗粒浓度，允许形成开放的、分散的和均匀的状态，适当地称为平衡或“空”凝胶。这个概念的大多数演示通过各向异性（斑片状）吸引力直接限制了微观粒子的价态;然而，另一种宏观价态限制对于更大的实验可调性和响应性是可取的。本文探讨的一种可能性是采用初级粒子，通过二级连接粒子介导的吸引力。在这样的系统中，连接体与初级粒子的比率用作平均微观价态的宏观控制参数。我们表明，Wertheim的一阶微扰理论预测的这样一个系统的相行为是一致的平衡凝胶的形成：在低和高的链接到初级粒子的比例显着抑制对应于两相分层过渡的初级粒子浓度。广泛的分子动力学模拟验证了这些理论预测，但也揭示了存在的键合粒子，这是在理论中被忽略的环。这样的循环导致致密化和抑制渗滤，因此相对于Wertheim理论预测，可行的空凝胶状态条件的范围稍微减小。
2016-07-28 cond-mat.soft
Active nematic gels as active relaxing solids
我提出了一个连续的理论，活性凝胶，定义为流体或悬浮液的定向棒状物体赋予主动动力学，这是基于对称性参数和热力学的兼容性。出发点是我们最近的理论，模型（被动）液晶作为松弛弹性体。粘弹性响应和微观成分的主动动力学之间的相互作用自然被考虑在内。与标准理论相比，活性不是作为应力张量的附加项引入的，而是作为外部重塑力加入的，它与被动松弛动力学竞争，并将系统从平衡中拖出来。在一个简单的一维通道的几何形状，我们表明，非均匀的有序和活动之间的相互作用的结果，无论是在一个自发的粒子流或自组织成子通道，在相反的方向流动。
2017-10-31 cond-mat.soft
Mechanical response of active gels
我们研究了一个模型的活性凝胶的交联半柔性丝与其他活性接头，如肌球蛋白II簇。我们表明，耦合的半柔性长丝的机械性能的电机的弹性导致收缩行为的凝胶，定性与实验观察。然而，马达软化了凝胶的零频率弹性常数。当集体电动机动力学被纳入模型中时，获得了在高频率下的网络硬化。控制低频和高频网络弹性之间的交叉的频率根据马达和细丝的微观特性进行估计，并且可以低至10^（-3）Hz。
2008-07-18 cond-mat.soft
Microscopic Viscoelasticity: Shear Moduli of Soft Materials Determined from Thermal Fluctuations
我们描述了一种高分辨率，高带宽的技术，用于确定软材料，如聚合物凝胶的局部粘弹性。损耗和存储剪切模量的嵌入式微米级的探针粒子，用干涉显微镜观察到的热波动的功率谱确定。这提供了一个被动的，小振幅的测量流变特性在一个更广泛的频率范围比以前访问的微观流变学。我们研究F-肌动蛋白生物聚合物溶液和聚丙烯酰胺（PAAm）凝胶，模型半柔性和灵活的系统，分别。我们观察到F-肌动蛋白溶液中剪切模量的高频ω ^（3/4）标度，与PAAm的ω ^（1/2）标度相反。
1997-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Two-step aging dynamics in enzymatic milk gels
本研究通过时间分辨力学光谱揭示酶诱导牛奶凝胶老化分两步：先快速粗化后停滞，再经接触驱动机制老化，对乳制品及软胶体研究有重要意义。
2024-03-15 cond-mat.soft
The Effects of the Interplay Between Motor and Brownian Forces on the Rheology of Active Gels
活性凝胶在细胞内发挥关键的机械作用，如细胞分裂、运动和力感测。执行这些功能所需的独特机械性能来自于分子马达和半柔性聚合物长丝之间的相互作用。分子马达可以将ATP水解释放的能量转化为高达皮牛顿量级的力。此外，形成活性凝胶的聚合物长丝足够柔韧以响应布朗力，但也足够硬以支撑由马达产生的力引起的大张力。预期布朗力具有显著的效果，特别是在运动活动中，在运动活动中制备稳定的非收缩性体外活性凝胶用于流变学测量。在这里，最初在电机主导动力学极限下制定的活性凝胶微观平均场论被扩展到包括布朗力。在这里提出的模型中，布朗力被准确地包括在内，在真实的室温下，即使在具有高运动活性的系统中。结果表明，一个微妙的相互作用，或竞争，电动机产生的力量和布朗力之间有一个重要的影响，在质量传输和流变性能的活性凝胶。模型预测表明，在低频率下，活性凝胶的动态模量主要由马达蛋白动力学决定。然而，布朗力显着增加的弛豫谱的宽度，并可以影响的形状的动态模量在一个很宽的频率范围内，即使电机布朗力的比例超过一百。由于电机和布朗力之间的比率是敏感的ATP浓度，这里提出的结果揭示了一些光的瞬态机械响应的活性凝胶如何改变与不同的ATP浓度。
2022-08-13 cond-mat.soft
Instabilities and Oscillations in Isotropic Active Gels
我们提出了一个通用配方的连续弹性的各向同性交联活性凝胶。凝胶由一个两组分模型组成的弹性网络耦合到渗透流体。活性由活性交联剂诱导，所述活性交联剂经历ATP活化循环并将力传递到网络。的开/关动力学的活性交联剂通过速率方程描述为未绑定和绑定电机。对于大的活动电机产生收缩不稳定的网络。在较小的活动值下，开/关电机动力学在网络上提供有效的惯性阻力，其对抗弹性回复力，导致自发振荡。我们的工作提供了一个连续的配方，统一了早期的肌肉肌节中的振荡微观模型和一个通用的框架，用于描述各向同性活性固体的大尺度特性。
2010-10-04 cond-mat.soft
Formation and Rupture of Ca$^{2+}$ Induced Pectin Biopolymer Gels
当将钙盐添加到多糖果胶的水溶液中时，在果胶链之间形成离子交联，从而在稀溶液中产生凝胶网络。在这项工作中，动态光散射（DLS）的分形聚集体（絮体），构成凝胶的微观动力学研究，而流变学测量进行研究凝胶破裂的过程。随着钙盐浓度的增加，DLS实验表明，絮凝体的多分散性增加的同时，凝胶网络的特征弛豫时间。在临界盐浓度以上，絮体相互连接形成反应受限的分形凝胶网络。流变学研究表明，线性流变响应的极限和破裂这些网络所需的临界应力都随着盐浓度的增加而降低。这些功能表明，这里研究的离子介导的果胶凝胶位于一个“强链接”制度，其特征在于由絮凝物间的链接，比内絮凝物链接更强。实验数据的标度分析表明，单个分形絮体的弹性表现出幂律依赖于添加的盐浓度。我们的结论是，当果胶和盐的浓度都增加，果胶的分形絮凝体的数量增加的同时与交联的密度，引起非常大的值的体积弹性模量。
2014-06-27 cond-mat.soft
Microscopic Theory of Nonlinear Rheology and Double Yielding in Dense Attractive Glass Forming Colloidal Suspensions
本文针对稠密吸引性胶体悬浮液提出自洽微观理论，耦合键断裂与去笼效应，揭示阶跃剪切下塑性响应、静态屈服和双重屈服三种瞬态行为，解释了多种实验现象。
2025-03-10 cond-mat.soft
The Micromechanics of Three Dimensional Collagen-I Gels
我们研究胶原-I凝胶的微观力学，目的是弥合生物聚合物网络研究中理论和实验之间的差距。通过共聚焦显微镜获得荧光标记的胶原蛋白的三维图像，并使用3d网络卷积算法提取网络几何形状。每个纤维被建模为蠕虫状链，抵抗拉伸和弯曲，每个交联被建模为扭转弹簧。在三个不同的密度的网络的应力-应变曲线进行比较，流变测量。该模型显示出良好的协议与实验，确认应变硬化的胶原蛋白可以完全解释的几何重新排列的网络，而不是熵硬化的个别纤维。该模型还表明，在小应变，交联变形是网络刚度的主要贡献者，而在大应变，纤维拉伸占主导地位。由于这种建模工作使用具有真实几何形状的网络，因此这种分析最终可以作为理解纤维和交联在微观水平上的力学如何产生网络的宏观特性的工具。虽然本文的重点是胶原蛋白的力学，我们展示了一个框架，可以应用于许多生物聚合物网络。
2008-08-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous dynamics of intruders in a crowded environment of mobile obstacles
许多自然和工业过程依赖于受约束的运输，例如蛋白质在细胞中移动，纳米复合材料或凝胶中的颗粒，高密度集合中的个体和车辆交通条件。这些是在拥挤的环境中运动的例子，其中主矩阵可能保留一些玻璃样的动态。在这里，我们研究约束运输的胶体模型系统中，稀释的小球在一个缓慢重排，玻璃状矩阵的大球移动。使用共焦差分动态显微镜和模拟，我们发现了一个临界尺寸不对称的异常集体运输的小颗粒出现，表现为对数衰减的密度自相关函数。我们表明，矩阵的流动性是中央所观察到的异常行为。这些结果，关键取决于尺寸引起的动态不对称性，是相关的广泛的现象，从玻璃系统到细胞生物学。
2016-04-08 cond-mat.soft
Odd viscosity in active matter: microscopic origin and 3D effects
在普通流体中，粘度与耗散有关。然而，当时间反演对称性被打破时，可能会出现一种新型的非耗散“粘性”。最近的理论和实验的经典二维系统的主动自旋粒子的兴趣提高了奇粘度，但它在活性材料的微观理论仍然是缺乏。在这里，我们提出了这样的第一原理微观哈密顿理论，有效的二维和三维，显示奇数粘度存在于任何系统，平衡或不，与对齐的自旋组件。我们的工作实质上将奇数粘度的适用性扩展到3D流体中，并且具体地扩展到内部驱动的活性材料，诸如活物质（例如，肌动球蛋白凝胶）。我们发现有趣的3D效果奇粘度，如各向异性体剪切波的传播和伯努利原理的故障。
2021-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Molecular origin of the two-step mechanism of gellan aggregation
在水胶体中，结冷胶是最常用的阴离子多糖之一，因为其能够在相对低的浓度下形成机械稳定的凝胶。尽管其长期的使用和重要性，结冷胶的聚集机制仍然没有在微观水平上理解，由于缺乏原子信息。在这里，我们将填补这一空白，报告分子动力学模拟结冷链在不同的聚合物和盐的含量，能够揭示发生的两个步骤的过程中，与现有的假设。首先，发生双螺旋的形成，随后聚集成超结构。对于这两个步骤，二价阳离子的作用似乎是至关重要的，也显示了流变学和原子力显微镜测量：它们不仅有利于连接的链成双螺旋，但也促进通过桥接它们的安排成较大的聚集体。另一方面，一价阳离子的作用要小得多，这使得只有在非常高的盐含量下才能形成双螺旋，而不会积极参与凝胶的形成。因此，我们的模拟提供了第一个完整的结冷胶聚集的微观概述，并将是重要的结冷胶为基础的系统，用于各种各样的应用，从食品科学到艺术修复的未来使用。
2022-09-19 cond-mat.soft
Microscopic dynamics underlying the anomalous diffusion
描述反常扩散的时间相关Tsallis统计分布通常在文献中作为非线性Fokker-Planck（FP）方程的解获得[A.R. Plastino和A. Plastino，Physica A，222，347（1995）]。本文件的范围是双重的。首先，我们表明，这种分布也可以得到的非线性多孔介质方程的解决方案。其次，我们证明了依赖于时间的Tsallis分布也可以作为线性FP方程的解来获得[G. Kaniadakis和P. Quarati，Physica A，237，229（1997）]，其系数取决于速度，其描述了广义布朗运动。这个线性FP方程所示产生的微观动力学由一个标准的Langevin方程存在乘性噪声。
2000-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic origins of the anomalous melting behaviour of high-pressure sodium
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University of Zürich（苏黎世大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）
本研究针对高压下钠熔化温度反常下降的未解问题，采用从头算精度的神经网络势重构钠相图，揭示其微观起源为高压下传导电子屏蔽引发的短程排斥软化，该效应对多种金属合金行为调控具有重要意义。
2011-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A mechanism for anomalous transport in chiral active liquids
已知手性活性流体具有反常的输运性质，例如所谓的奇粘度。在本文中，我们提供了一个微观机制，这种反常的输运系数可以出现。我们构造了一个Irving-Kirkwood型的应力张量手性液体和表达的传输系数的取向平均分子间力和扭曲的对关联函数引起的流场。然后，我们展示了如何异常的输运性质，可以预期自然由于存在的横向分量的取向平均分子间力和手性活性粒子之间的关联函数对异常畸变模式。我们期望我们的工作可以提供一个微观框架来解释非平衡手性系统的输运性质。
2019-09-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic mechanism for experimentally observed anomalous elasticity of DNA in 2D
通过探索最近的模型[Palmeri，J.，M. Manghi和N.德斯坦维尔2007.物理修订信函99：088103]其中，由蠕虫状链模型描述的DNA弯曲弹性与碱基对变性相结合，我们证明了当被限制在二维（2D）中时，小的变性气泡导致纳米尺度的DNA柔性的异常，如原子力显微镜（AFM）实验中所报道的[Wiggins，P.A.，等人，2006年。Nature Nanotech. 1：137-141]。我们的模型产生非常好的拟合实验数据和定量预测，可以通过实验进行测试。虽然当DNA在三维（3D）中自由波动时存在这种异常，但它们太弱而无法被检测到。螺旋双链DNA中碱基之间的相互作用通过在2D基底上的静电吸附来修饰，这有利于局部变性。这项工作调和了观察到的2D和3D DNA弹性特性之间的明显差异，并指出，DNA（及其伴随蛋白质和酶）的3D特性的结论并不直接遵循AFM的2D实验。
2009-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic Origins of the Swim Pressure and the Anomalous Surface Tension of Active Matter
由活性粒子施加的独特压力-“游动”压力-已被证明是解释活性粒子的许多看似混淆的行为的有用量。然而，其使用也导致了一些令人困惑的发现，包括相分离的活性颗粒之间的\textit{extremely negative}表面张力。在这里，我们表明，这种矛盾源于这样一个事实，即游泳压力\textit{is not a true pressure}。在边界或界面处，粒子游动的减少产生净作用力密度--完全是\textit{self-generated body force}。边界处的压力，先前被确定为游动压力，实际上是由该界面力密度产生的\textit{traditional particle pressure}的升高的（相对于本体）值。认识到这种独特的应力产生机制，使我们能够定义一个物理上更合理的表面张力。我们澄清了游泳压力作为“等效压力”（类似于从静电和重力体力定义的压力）的效用，以及这个概念可以适当应用的条件。
2019-12-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structure induced vortices control anomalous dispersion in porous media
天然多孔系统，如土壤、膜和生物组织，包括无序结构，其特征在于连接到膨胀通道网络的死端孔。颗粒、溶质和微生物从这些特征的释放和分散对于广泛的环境和医学应用（包括土壤修复、药物递送和过滤）是关键的。然而，在这种无序系统中，微观结构和流动对颗粒和溶质分散的作用仅知之甚少，部分原因是这些微观系统的停滞和不透明性质。在这里，我们使用一个微流体模型系统，其特征在于由死端的孔结构，以确定颗粒是如何运输，保留和分散。我们观察到强大的拖尾的到达时间分布在出口处的介质，其特征在于幂律衰减的指数为2/3。使用数值模拟和分析模型，我们将这种行为链接到最初位于死端孔内的颗粒，并解释拖尾指数与死端孔内的旋涡内的流线的跳跃和滚动机制。这些动态被量化的随机模型，预测到达时间的全面演变。我们的研究结果表明，微观流动结构可以影响宏观粒子输运。
2021-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Anomalous transport resolved in space and time by fluorescence correlation spectroscopy
在拥挤的细胞膜中普遍观察到的是分子运输不遵循菲克扩散，而是呈现亚扩散。这种行为的微观起源还没有被理解和高度辩论。在这里，我们讨论了两个模型的时空动力学的亚扩散：分数布朗运动和受阻运动由于不动的障碍。我们表明，不同的微观机制，可以区分使用荧光相关光谱（FCS）的共聚焦检测区域的系统变化。我们提供了一个空间分辨FCS的理论框架，通过推广FCS理论超越了空间高斯传输的共同假设。我们推导出FCS自相关函数的主公式，从中可以看出，FCS实验的束腰是一个同样重要的参数，散射实验的波数。这些结果导致两个模型的FCS相关性的标度特性，这是在硅片实验测试。此外，我们的缩放预测与Wawrezinieck等人[Biophys. J. 89，4029（2005）]用于跨膜蛋白的体内实验。
2010-11-18 cond-mat.soft
