Is Actin Filament and Microtubule Growth Reaction- or Diffusion-Limited?
在活生物体的细胞内，肌动蛋白丝和微管通过从细胞浆中掺入肌动蛋白或微管蛋白或将其释放到其尖端的周围环境中来动态地自组装和分解。这样的反应扩散系统可以表现出扩散或反应受限的行为。然而，这两个限制解释了实验数据：虽然生长速度和体积微管蛋白密度之间的线性关系的偏移与扩散限制相矛盾，但令人惊讶的是，生长速度的大变化拒绝了纯粹的反应限制。在这封信中，我们适应这两个限制，并使用土井Peliti场理论模型来估计扩散运输是如何扰动在灯丝尖端的化学反应。此外，交叉堆积密度预测的限制过程的变化从化学反应扩散运输。此外，我们还解释和估计了增长速度的较大方差。
2018-08-29 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
Active dislocations and topological traps govern dynamics of spiraling filamentous cyanobacteria
研究二维受限超长丝状蓝细菌的集体滑行动力学，发现“活性螺旋”涌现图案，通过活性位错和拓扑陷阱机制揭示黏附力、活性与几何在稳定动态图案形成中的关键作用。
2023-05-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective Dynamics of Self-propelled Semiflexible Filaments
本文利用自驱动蠕虫状链模型研究半柔性丝状体的集体动力学，发现通过调节弯曲刚度、活性和长径比可诱导出包括螺旋相、团簇相和活性湍流等多种非平衡相态，为组织活性物质提供了可调稳态参考。
2018-02-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mesoscale flows in active baths dictate the dynamics of semi-flexible filaments
研究发现半柔性丝状物的动力学由其长度与主动浴特征尺寸的比例决定，通过实验揭示了主动流动与弹性阻力的相互作用。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical properties of chiral helical polymers-from single filaments to actin bundles
Université Paris Cité, CNRS, Institut Jacques Monod（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，雅克·莫诺研究所）；Sainsbury Laboratory, University of Cambridge（桑格实验室，剑桥大学）
本文提出了一种高度粗粒化的肌动蛋白纤维模型，用于研究手性在肌动蛋白力学和驱动动力学中的作用，通过模拟展示了螺旋纤维的集体行为。
2026-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Kinetics of fragmentation and dissociation of two-strand protein filaments: Coarse-grained simulations and experiments
虽然大量的研究都集中在蛋白质自组装的过程中，但对由于热运动而导致的丝断裂成较小片段或丝末端亚基解聚的逆过程了解得少得多。肌动蛋白和淀粉样蛋白丝断裂的间接证据已经报道，尽管这种现象从未在实验或模拟中直接观察到。在这里，我们报告的直接观察长丝解聚和破碎的最小，校准模型的粗粒度分子模拟。我们量化的数量级，其中解聚率从丝端$k_\mathrm{off}$大于碎裂率$k_{-}$，并建立了法律$k_\mathrm{off}/k_- = \exp [( \varepsilon_\| - \varepsilon_\bot) / k_\mathrm{B}T ] = \exp [0.5 \varepsilon / k_\mathrm{B}T ]$，这占的拓扑结构和能量的债券保持在一起的长丝。这种机制和数量级的预测得到了胰岛素淀粉样蛋白丝解聚的直接实验测量的支持。
2016-09-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Extensile actomyosin?
活细胞的运动得益于肌动蛋白丝和肌球蛋白马达的组装，从非常有组织的横纹肌组织到无序的细胞内束。驱动这些无序结构的机制存在争议，迄今为止研究的所有模型都预测它们是收缩性的。我们重新审视这一预测，通过理论治疗的相互作用的三个良好的内部动力学过程中的肌动球蛋白束：肌动蛋白的研磨，附着-脱离动力学的肌球蛋白和交联蛋白。我们表明，这些过程使一个广泛的控制束的主动力学，包括逆转的细丝的表观速度和可能性产生的扩展，而不是收缩。这些影响提供了一个新的角度在体内系统的研究，以及一个强大的标准，实验阐明肌动球蛋白活性的基础。
2017-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Distinct impacts of polar and nematic self-propulsion on active unjamming
虽然在凝聚态物理和颗粒系统中对干扰跃迁的研究由来已久，但对通常发生在生命物质中的主动干扰（或解除干扰）的了解要少得多。在本文中，我们探索，通过分子动力学模拟，在一个密集的系统中的有源半柔性细丝的干扰-解除干扰的转变。特别是，我们讨论了不同的灯丝刚度和不同的密度下极性与极性驱动的不同影响。我们的研究结果表明，高密度的动态活动丝可以通过改变的性质，主动力，极性或极性。有趣的是，虽然极性驱动是更有效地在unjamming系统在高密度以下的汇合，我们发现，在更高的密度cross-driving增强unjamming相比，其极性对应。在这两种情况下，改变细丝的刚度的效果也是显着不同的：而对于极性驱动，降低弯曲刚度解除系统的堵塞，我们发现一个有趣的再入堵塞-解除堵塞-堵塞的过渡极性驱动的细丝刚度降低。第一次转变（解卡）是由刚性降低引起的软化所驱动的，而第二次转变（卡）是有序化的协同效应，与系统中有序化的出现相一致。总之，通过自推进柔性细丝的通用模型，我们的研究结果展示了如何调整自推进和灵活性的性质可以通过活性材料来实现高密度而不会被卡住。
2022-10-25 cond-mat.soft
Efficient simulation of filament elastohydrodynamics in three dimensions
粘性流体中细长不可伸展细丝的流固耦合模拟常受到数值刚度的困扰。最近的粗粒化研究已经减少了模拟这样的系统的计算要求，但迄今为止仅限于平面细丝的运动。在这项工作中，我们扩展这样的框架，以灯丝运动在三维空间中，识别和规避坐标系奇点引入灯丝参数化通过反复变化的基础。由此产生的方法，使有效和快速的研究在三维空间中的柔性细丝的运动，并很容易扩展到广泛的问题，包括细丝运动在有限的几何形状，大规模的活性物质模拟，和哺乳动物精子的运动。
2020-10-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Microrheology of semiflexible filament solutions based on relaxation simulations
我们提出了一种有效的计算方法，以获得半柔性细丝稀溶液的粘弹性响应。通过考虑一种基于波动耗散定理的方法，我们能够评估探针粒子的动力学性质，沉浸在解决方案的半柔性丝松弛模拟与相对较低的计算成本和更高的精度相比，那些基于随机动力学。我们采用微观流变学方法，通过溶液的柔度直接获得溶液的复剪切模量和复粘度，该柔度由附着在介观模型描述的有效介质上的探针颗粒的动力学性质获得，即，有效细丝模型（EFM）。松弛模拟被施加到评估的弯曲能量的影响的粘弹性的半柔性细丝的解决方案和我们的方法进行了验证，通过比较的数值结果与实验数据的DNA和胶原蛋白的解决方案。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Length Regulation Drives Self-Organization in Filament-Motor Mixtures
细胞骨架网络形成复杂的细胞内结构。在这里，我们研究了一个极小模型，其中电机作为解聚酶，从而调节灯丝长度的混合物。结合基于代理的模拟和流体动力学方程，我们表明，资源有限的长度调节驱动细丝簇的形成，尽管没有机械细丝之间的相互作用。即使个体的取向保持固定，集体的细丝取向出现在簇中，与它们的界面正交对齐。
2021-09-10 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Dynamic Compression of in situ Grown Living Polymer Brush: Simulation and Experiment
一个比较动态的蒙特卡罗模拟研究多分散活性聚合物刷，由表面引发的活性聚合，和传统的聚合物单分散刷，包括线性聚合物链，接枝到一个良好的溶剂条件下的平面基板。在将引发剂阵列放置在接枝平面上与最初未键合的链段（单体）的溶液接触之后，通过末端单体（解聚）反应产生活性刷。在平衡状态下，LPB的单体密度分布随离接枝面z的距离的增大而呈指数衰减，而刷状结构中的链长分布则呈指数变化。测量值α= 0.64和τ= 1.70非常接近在扩散限制聚集理论框架内预测的值，α= 2/3和τ= 7/4。在不同的平均聚合度（L = 28 ~ L = 170）和有效接枝密度（σ_g = 0.0625 ~ σ_g = 1.0）下，我们观察到模拟LPB的力-距离行为与我们自己从PNIPAAm刷上的胶体探针AFM分析获得的实验数据以及Plunkett等人获得的数据几乎完全一致。例如，[Langmuir 2006，22，4259]，来自对相同聚合物的SFA测量。
2012-11-30 cond-mat.soft
Filament-motor protein system under loading: instability and limit cycle oscillations
我们考虑在外部负载下的马达蛋白测定中刚性丝的动力学。马达蛋白被建模为活性谐波连接器与固定在基板上的尾端。它们的头部随机地附着在细丝上，沿着细丝延伸，在分离之前对细丝产生力。伸展和分离的速率取决于载荷。在这里，我们制定和表征的平均场近似的动力学，使用线性稳定性分析，直接数值模拟的马达蛋白质和细丝。在恒定负载下，系统显示从稳定构型向不稳定构型的转变，朝向细丝从马达蛋白脱离。在弹性载荷下，我们发现出现稳定的极限环振荡通过超临界Hopf分岔的活动和马达蛋白的数量的变化。大量的马达蛋白质的系统的数值模拟显示出良好的协议与平均场的预测。
2020-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Elucidating the Role of Filament Turnover in Cortical Flow using Simulations and Representation Learning
本研究结合物理模拟、表征学习与理论，阐明肌动蛋白周转通过调节密度与丝状体曲率定量控制皮层流速度，并扩展收缩性理论以拟合实验数据。
2023-10-16 cond-mat.soft
Frenet algorithm for simulations of fluctuating continuous elastic filaments
基于统计力学和微分几何的结合，提出了一种新的算法来生成波动连续弹性细丝的平衡构型。我们用它来计算的分布函数的非零自发曲率的细丝的端到端的距离，并表明，对于小的扭曲和大的弯曲刚度，有一个中间的温度范围内的细丝变得几乎完全拉伸。我们表明，体积的相互作用可以纳入我们的算法，证明这一点，通过计算排除体积上的灯丝的端到端距离的影响。
2001-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
High-symmetry ill-fitting subunits in 3D form aggregates of all dimensions
LPTMS, UMR 8626 CNRS, University Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
研究三维空间中不匹配亚基自组装形成各维度聚集体的机制，揭示了不同粘附性和弹性参数下聚集体形态的多样性。
2026-05-15 cond-mat.soft
Trains, tails and loops of partially adsorbed semi-flexible filaments
聚合物吸附是统计力学中的一个基本问题，它与从生物润滑到胶体悬浮液稳定性的各种学科都有直接关系。我们结合实验和计算机模拟来研究耗尽诱导的半柔性聚合物吸附到硬壁上。部分吸附的F-肌动蛋白聚合物的三维细丝配置可视化与全内反射荧光显微镜。该信息用于确定吸附/解吸过渡的位置，并提取部分吸附的细丝配置的列车，尾部和回路的统计数据。与主要通过形成环而解吸的长柔性长丝相反，刚性有限尺寸长丝的解吸主要由波动的长丝尾部驱动。模拟定量再现我们的实验数据，并使我们能够提取普遍的法律，解释缩放的吸附-解吸过渡与相关的微观参数。我们的研究结果表明，粘附强度，长丝刚度，长度，以及可访问的解吸长丝的配置空间可以用来设计长丝吸附的特性，从而工程师的复合生物聚合物材料的性能。
2015-08-06 cond-mat.soft
Lateral migration of living cells in inertial microfluidic systems explored by fully three-dimensional numerical simulation
细胞的大小和变形能力的影响的横向迁移和变形的活细胞流动通过一个矩形的微通道已被数值研究和比较的惯性微流体数据检测和分离的细胞。这项工作的结果表明，细胞移动更接近中心线，如果他们更大和/或更易变形，他们的平衡位置主要是由溶剂（胞质溶胶）的粘度，这是远远低于聚合物（细胞骨架）的粘度在大多数流变系统中测量。模拟还表明，减小通道尺寸导致不同粘弹性性质的颗粒的平衡位置的较大差异，为下一代微流控细胞分离芯片提供设计指导。
2013-06-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.CB
Cytoplasmic flow induced by a rotating wire in living cells: Magnetic rotational spectroscopy and finite element simulations
本研究利用磁旋转光谱与有限元模拟，揭示旋转导线在细胞质中诱导流动的机制，验证了MRS测量活细胞内粘度的可靠性。
2025-12-01 cond-mat.soft
Active Filaments on Curved Surfaces: From Single Filaments to Dilute Suspensions
Complutense University of Madrid（马德里康普顿斯大学）；University of Dundee（邓迪大学）
本研究通过模拟探讨了曲面曲率对活性纤维组织和运输的调控作用，揭示了曲率诱导的局部化效应及曲面几何对活性物质行为的影响。
2025-07-31 cond-mat.soft
The sedimentation of flexible filaments
本文用解析和数值方法研究了柔性细丝在粘性流体中的沉降动力学。沉积刚性杆的研究情况相比，细丝的顺应性的引入被证明会导致显着的改变，在长时间的沉积方向和细丝的几何形状。通过平衡零雷诺数流动的细长体理论中的粘性力、弹性力和重力来开发模型，并且细丝动力学的特征在于无量纲的弹性重力数。考虑了非均匀和均匀横截面厚度的细丝。在弱柔性制度，多尺度渐近展开用于获得细丝的平移，旋转和形状的表达式。这些都显示出与完整的数值模拟非常匹配。此外，我们表明，与刚性对应物不同，沉降柔性细丝的轨迹仅限于其包络由弹性引力数确定的云。在高度灵活的制度，我们表明，沿其长轴沉降的细丝是容易屈曲不稳定。线性稳定性分析提供了色散关系，清楚地说明了在屈曲过程中压缩应力和恢复弹性力的竞争效应。的不稳定性旅行作为一个波沿长丝的重力方向相反，因为它的增长和预测的增长率相比，有利的数值模拟。控制方程的线性本征模也进行了研究，这与模拟中出现的有限振幅屈曲形状吻合得很好。
2013-06-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Methods for suspensions of passive and active filaments
柔性细丝和纤维是出现在许多生物和工业环境中的重要复杂流体的基本组成部分。直接模拟这些系统，捕捉运动和变形的许多浸没在悬浮液中的细丝仍然是一个艰巨的计算挑战，由于复杂的，耦合的流体-结构的相互作用的所有细丝，与细丝弯曲的数值刚度，以及各种约束，必须保持细丝变形。在本文中，我们解决这些挑战，通过描述长丝运动学使用四元数来解决弯曲和扭曲，应用隐式时间积分来减轻数值刚度，并使用拟牛顿方法来获得所产生的非线性方程组的解决方案。特别是，我们采用几何时间积分，以确保四元数保持单位的细丝移动。我们还表明，我们的框架可以用于各种模型和方法，包括无矩阵的快速方法，解决低雷诺数流体动力学相互作用。我们提供了一系列的测试和示例模拟，以证明我们的方法的性能和可能的应用。最后，我们提供了一个链接到MATLAB/Octave实现我们的框架，可以用来了解更多关于我们的方法，并作为灯丝模拟的工具。
2020-09-24 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Twist and writhe dynamics of stiff filaments
这封信考虑了一个硬丝的动力学，特别是通过扭动的扭曲和弯曲的耦合。丝状体扭曲的时间依赖性对于线性丝状体为$W_r^2\sim L t^{1/4}$，对于弯曲丝状体为$W_r^2\sim t^{1/2} / L $。通过仿真研究了曲轴运动和圆管运动在扭转动力学中的相对重要性。对于开丝，我们重新考虑了富勒定理及其与Berry相的关系
1999-12-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuating Filaments Under Tension - From Flexible Chains to Rigid Rods
我们发展了一种新的有偏蒙特卡罗模拟技术来测量力-伸长曲线和由外力拉伸的波动纤维伸长的分布函数。该方法适用于任意比例的持久长度的轮廓长度和任意力。模拟结果同意解析表达式的力延伸曲线和重正化长度尺度依赖的弹性模量，在刚性杆和强力限制。我们发现，取向波动和壁效应产生非高斯分布的近刚性丝在小到中等的力制度。我们将我们的结果与以前的研究人员的预测进行比较，并提出了新的实验，如肌动蛋白丝几乎刚性杆。
2003-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on "Self-organized criticality in living systems" by C. Adami
在大量的数值实验之后，有人提出，在人工生命模拟中竞争计算机程序的进化显示出自组织临界过程的迹象。这一说法的主要证据来自模拟中物种寿命的分布，这似乎遵循幂律。我们认为，由于一些原因，这是不可能的，该系统实际上是在一个临界点，并提出了另一种解释的幂律寿命分布。
1997-02-04 adap-org cond-mat.soft nlin.AO
Mechanics of bundled semiflexible polymer networks
虽然肌动蛋白束被活细胞用于结构强化，但捆绑网络弹性的微观起源尚不清楚。在这里，我们表明，以上的肌动蛋白结合蛋白肌成束蛋白的临界浓度，肌动蛋白丝的解决方案组织成一个纯粹的网络束。虽然弱交联网络的弹性由管的仿射变形主导，但束的网络可以根据非仿射弯曲起伏来充分理解。
2007-08-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
