Crosslinking and depletion determine spatial instabilities in cytoskeletal active matter
由细胞骨架蛋白组成的活性凝胶具有空间自组织和自推进等非平衡性质，是一类有价值的材料。迄今为止，在不同类型的细胞骨架活性凝胶中，至少有四种典型的空间图案化途径：可伸展系统中的弯曲和屈曲不稳定性，以及收缩凝胶中的全局和局部收缩不稳定性。在这里，我们报告的观察这四个不稳定性在一个单一类型的活性凝胶，我们表明，它们是由两个参数控制：ATP和消耗剂的浓度。我们证明，随着ATP浓度的降低，被动电机的浓度增加，直到凝胶经历凝胶化转变。在这一点上，屈曲被选择为对抗弯曲，而整体收缩优于局部收缩。我们的观察结果是一致的粘弹性活性凝胶的流体动力学模型，其中的长丝交联的特征时间，发散的ATP浓度降低。因此，我们的工作提供了一个统一的观点，空间不稳定性的细胞骨架活性物质。
2022-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-assembly and entropic effects in pear-shaped colloid systems: II. Depletion attraction of pear-shaped particles in a hard sphere solvent
我们考虑梨形胶体颗粒在硬球溶剂中的耗尽效应，对于梨形胶体颗粒的两种不同的模型实现。这两种模型是梨形硬高斯重叠（PHGO）颗粒和硬梨形旋转（HPR）。这项研究的动机是提供一个微观的理解，这些梨形胶体在稠密的悬浮液中，在本系列的第一部分中已经报道了显着不同的介观自组装特性。这是通过确定不同的耗尽吸引力，通过MC模拟PHGO和HPR颗粒在一个硬球溶剂的池，并将它们与排除体积计算的数值获得的理想配置的微观水平上进行比较。虽然HPR模型的行为预测的排除体积的分析，PHGO模型展示了相邻颗粒之间的倾斜，这可以归因于PHGO接触函数的特殊的非加性特性的偏好。最后，我们提出了一个潜在的实验可实现的梨形颗粒模型，非添加剂硬梨的革命（NAHPR）模型，这是基于HPR模型，但也具有类似的PHGO颗粒的非添加剂性状，以模仿其耗尽行为。
2020-04-06 cond-mat.soft
Directional depletion interactions in shaped particles
胶体悬浮液和聚合物-胶体体系中的熵力是一个长期而持续的研究课题。实验表明如何熵力可以用来控制胶体粒子的自组装。在过去的二十年中，胶体合成的重大进展使得能够制备具有良好控制的尺寸、形状和组成的高质量纳米颗粒，这表明这种颗粒可以用作“人造原子”来构建新材料。为了阐明粒子形状对熵相互作用大小的影响，我们分析了两个切割球的熵相互作用。我们发现，溶剂诱导一个强大的定向耗尽吸引力之间的平面切割球。这种效应突出了利用粒子的形状来控制相互作用的方向性和强度的可能性。
2014-10-16 cond-mat.soft
Depletion interactions of non-spherical colloidal particles in polymer solutions
我们考虑各向异性的胶体颗粒浸没在长的，灵活的，和非吸附聚合物的溶液中。对于最近合成的粒子的哑铃形状组成的两个相交的球体和透镜形粒子与球形表面，我们计算的各向同性和各向异性的相互作用参数，确定的浸没自由能和取向相关的耗尽粒子之间的相互作用，所引起的聚合物。精确的结果得到随机行走（理想）的聚合物链。
2005-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective interactions between inclusions in an active bath
我们研究有效的两个和三个身体之间的相互作用的非活性胶体夹杂物在一个活跃的浴的手性或非手性颗粒，使用布朗动力学模拟内的标准，二维模型的盘形夹杂物和活性颗粒。在一个非手性的活性浴，我们首先证实了以前的研究结果有效的两体之间的排斥介导的夹杂物，阐明详细的非单调功能的两体力的配置文件，包括一个主要的最大值，和一个次要的驼峰在较大的分离，以前没有报道。然后，我们表明，这些功能直接产生的形成，并连续重叠，圆形层（或“环”）的活性颗粒周围的夹杂物，因为后者带来了小的表面分离。这些环从内含物的表面延伸到几个活性粒子半径的径向距离，使硬核内含物相对厚，软，排斥的“肩膀”，其多个重叠，然后使显着的（非成对的）三体力在非手性和手性活性浴。由此产生的三体力甚至可以在幅度上超过两体力，并且在中等到大的自推进强度下显示出不同的排斥和吸引机制。在手性活性浴中，我们表明，虽然活性颗粒仍然倾向于在夹杂物的紧邻处积累，但它们表现出从夹杂物之间的居间区域的强烈耗尽，以及从相对较厚的圆形区域进一步远离夹杂物的部分耗尽。在这种情况下，有效的，主要是排斥，夹杂物之间的相互作用变成积极的，手性诱导的，耗尽型的吸引力，在一个扩展的范围内的分离。
2017-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Using Depletion to Control Colloidal Crystal Assemblies of Hard Cuboctahedra
耗尽相互作用源于熵力，并且它们通过自组装诱导胶体颗粒聚集甚至有序化的能力已经很好地建立，特别是对于球形胶体。我们改变的大小和浓度的可穿透硬球expletants在一个系统的cuboctahedra，我们展示了如何耗尽改变的胶体的优先面排列，从而选择不同的晶体结构。此外，我们用微扰自由能计算解释了立方八面体的相行为。我们发现，cuboctahedra可以形成一个稳定的简单的立方相，而且，值得注意的是，这一阶段的稳定性只能合理化，通过考虑胶体和耗尽熵的影响。我们证实了我们的结果，通过分析如何expletant浓度和大小的影响紧急定向熵力，从而有效的颗粒形状。我们建议使用的depletants作为一种手段，很容易改变自组装各向异性胶体的有效形状。
2016-03-12 cond-mat.soft
Influence of Solvent Quality on Depletion Potentials in Colloid-Polymer Mixtures
正如经典的Asakura-Oosawa（AO）模型所解释的那样，非吸附性聚合物的耗尽引起的胶体颗粒之间的有效吸引力可以驱动胶体-聚合物混合物分层成富胶体相和贫胶体相，这与水的净化、食品和药物的稳定性以及生物细胞中的大分子拥挤具有实际意义。通过将聚合物线圈理想化为有效的可穿透球体，AO模型定性地捕获了聚合物耗尽对胶体悬浮液热力学相行为的影响。在以前的工作中，我们扩展了AO模型，将非球面聚合物构象，并表明随机游走线圈的波动形状可以显着修改耗尽电位[W。K. Lim和A. R. Denton，软物质12，2247（2016）; J. Chem. Phys. 144，024904（2016）]。我们进一步证明，在拥挤的环境中聚合物的形状敏感地依赖于溶剂的质量[W。J. Davis和A. R. Denton，J. Chem.Phys.149，124901（2018）]。在这里，我们应用蒙特卡罗模拟分析溶剂质量对耗尽电位的硬球胶体和非吸附聚合物线圈的混合物，建模为椭球体的主半径波动根据随机游走统计的影响。我们考虑自避免和非自避免随机游动，分别对应于良好和θ溶剂中的聚合物。我们的模拟结果表明，耗尽等分子量的聚合物诱导更强的吸引力胶体在良好的溶剂比在θ溶剂，并确认耗尽的相互作用显着影响的非球面聚合物构象。
2021-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-assembly of colloidal polymers via depletion-mediated lock and key binding
我们研究了耗尽诱导的锯齿状胶体的自组装。使用国家的最先进的蒙特卡罗模拟技术，明确对待的耗尽剂颗粒，我们证明了胶体组装的锁和钥匙的机制，导致胶体聚合。所形成的链的形态敏感地取决于胶体压痕的大小，较小的值另外允许链分支。与有吸引力的补丁的球体的情况下，韦特海姆的热力学微扰理论未能提供一个完整的定量描述的聚合过渡。我们跟踪这一失败，忽略了包装效果，我们引入了一个修改后的理论，更好地解释了胶体的形状，产生改进的协议与模拟。
2014-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multiphase coexistence in polydisperse colloidal mixtures
我们研究了具有任意形状和多分散尺寸或形状分布的耗尽剂的单分散胶体球混合物的相行为。在这里考虑的低浓度极限中，我们可以采用自由体积理论，并在基本测量理论的框架内考虑耗尽剂颗粒的几何形状。我们应用我们的方法来研究（单分散）胶体球和两个多分散聚合物组分的混合物的相图。通过微调聚合物的分布，可以构建具有两个稳定临界点的复杂相图。
2006-12-08 cond-mat.soft
Cluster formation via sonic depletion forces in levitated granular matter
小团簇的性质可以与相同成分的体相显著不同。在平衡状态下，团簇组装最近已经被探索，而在平衡状态下，团簇的物理原理仍然难以捉摸。这些原理是从分子组装到颗粒物质形成行星的现象的基础。在这里，我们引入声悬浮作为一个平台，实验探测非平衡小结构的形成在一个受控的环境。我们专注于团簇形成的极小模型：二维中的六和七毫米尺度的粒子。实验和建模表明，与热胶体相反，在非平衡颗粒系综中，活性波动的大小不仅控制着组装速率，而且控制着组装路径和基态统计。这些结果为非侵入性地操纵宏观粒子、调整它们的相互作用和指导它们的组装开辟了新的可能性。
2018-08-11 cond-mat.soft
Hot Particles Attract in a Cold Bath
控制热力学平衡之外的相互作用对于设计可寻址和功能性自组织结构至关重要。这些活跃的相互作用也是生物系统中集体行为的基础。在这里，我们研究了一个一般设置的被动粒子浴中的活性粒子，并展示了一种新的机制，活性粒子之间的长距离吸引。当主动粒子运动的平移持续长度小于粒子直径时，该机制起作用。在该极限下，系统在具有较低扩散率的颗粒（“冷”颗粒）的浴中还原为具有较高扩散率的颗粒（“热”颗粒）。这种吸引力的相互作用是由于热粒子将冷粒子推开而在其周围产生一个大洞，并且这些洞通过类似耗尽的吸引力相互作用。引人注目的是，相互作用的范围比粒子半径大一个数量级以上，远远超出了传统的耗尽力的范围。虽然该机制发生在典型的生物游泳者的参数范围之外，但该机制可以在实验室中实现。
2017-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Phase diagrams for sticky rods in bulk and in a monolayer from a lattice free-energy functional for anisotropic particles with depletion attractions
本文在Asakura-Oosawa模型的基础上，导出了具有硬核排斥和有效吸引的各向异性粒子晶格模型的基本测度型密度泛函。通过各种尺寸和形状的聚合物晶格颗粒，可以在胶体之间产生不同强度和范围的有效吸引。的功能被施加到确定的相图的粘性棒的长度$L$在两个维度，在三个维度和在一个中性基板上的单层系统。在所有情况下，有序化和气-液转变之间存在竞争。在二维中，这会产生一个三临界点，而在三维中，各向同性-相变平滑地过渡到气-液相变。最丰富的相行为被发现的单层系统。对于$L = 2$，发现了两个稳定的临界点，分别对应于标准的气-液相变和非标准的液-液相变。对于$L = 3$，气-液转变变为亚稳态。
2017-09-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Emergent collective phenomena in a mixture of hard shapes through active rotation
我们研究了凹形状旋转驱动自旋器的集体现象。每个旋转器在顺时针或逆时针方向上承受恒定的内部扭矩。虽然旋转器被建模为硬，否则非相互作用的刚体，我们发现，他们的积极运动诱导一个有效的相互作用，有利于在同一方向上的旋转。随着密度和活性的增加，相分离通过旋节分解发生，以及自组织成旋转晶体。我们观察到出现的合作，超扩散运动沿接口，它可以传输不活跃的测试粒子。我们的研究结果表明，主动旋转粒子的新的相行为是不可能的线性推进或在非驱动，相同的硬粒子的平衡系统。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer depletion effects near mesoscopic particles
用场论方法研究了介观粒子在长的、柔性的、非吸附性的聚合物链稀溶液中的行为。对于球形和圆柱形粒子的溶剂化自由能浸没在溶液中的单个粒子的明确计算。与理想链相比，自避免聚合物链的重要特征是质的不同的。结果证实了Helfrich型曲率展开一般粒子形状的有效性，并允许定量实验测试。对于小球与壁面、细杆与壁面以及两小球之间的有效相互作用，给出了定量结果。提供了一个系统的方法来研究有效的多体相互作用。常见的Asakura-Oosawa近似模型的聚合物线圈硬球原来是完全失败的小颗粒和仍然失败了约10%的大颗粒。
1998-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Steady states of active Brownian particles interacting with boundaries
本文针对二维无相互作用活性布朗粒子，提出一种将稳态 Smoluchowski 方程渐近解与边界条件显式连接的近似策略，并在平面、圆形和椭圆几何中验证其有效性，揭示了边界处细致平衡破缺与长程流动及耗尽相互作用的联系。
2024-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shapes within shapes: how particles arrange inside a cavity
本文用蒙特卡罗积分方法计算了腔中硬粒子的组态熵。考虑颗粒和空腔形状的多种组合。对于少量的粒子$N$，我们表明，熵单调减少，增加腔的纵横比，无论粒子的形状。随着$N$的增加，我们发现有序区域的高和低颗粒密度，最高密度的边界附近的所有颗粒和空腔形状的组合。我们的研究结果提供了相关的见解，工程粒子在密闭空间，熵障碍和系统与耗尽相互作用。
2018-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active shape-morphing elastomeric colloids in short-pitch cholesteric liquid crystals
通过软光刻和在强磁场中聚合的方法，获得了具有初始圆柱形状的活性弹性体液晶颗粒。渗透到这些颗粒中的金纳米晶体介导从激光到热的能量传递，使得依赖于温度的顺序和形状之间的固有耦合允许这些颗粒的动态变形和良好控制的稳定形状。粒子形状的连续变化之后，它们的自发重新排列和周围宿主中的指向矢结构的转换，以及在非互易形状变形的情况下的运动。这些发现桥接了液晶固体和活性胶体的领域，可能使自适应复合材料和光驱动微机械的形状控制自组装成为可能，并且可以通过采用简单的对称性考虑以及静电类比来理解。
2016-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Active crystallization from power functional theory
本文利用功率泛函理论研究了三维主动布朗粒子的气液固相行为，揭示了运动性诱导相分离在非平衡三相点以上对主动冻结的亚稳性，并准确预测了主动流体中的粒子数涨落。
2024-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Depletion-induced crystallization of anisotropic triblock colloids
本研究利用由两种不同材料组成的各向异性三嵌段胶体粒子，通过分子动力学模拟和降维分析，绘制了其在准二维装置中的自组装状态图，发现多种晶体结构并确定了增强结晶的最佳参数，同时探索了以晶体单层为模板沉积复杂三维结构的潜力。
2023-11-24 cond-mat.soft
Orientation-dependent propulsion of active Brownian spheres: from self-advection to programmable cluster shapes
Westfälische Wilhelms-Universität Münster（明斯特大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
活性粒子的应用需要一种控制其动力学的方法。虽然这通常是通过直接干预来实现的，但间接干预是基于，关于一种依赖于取向的自推进速度的粒子，变得越来越流行。在这项工作中，我们研究系统的相互作用的主动布朗球在两个空间维度与方向相关的推进使用分析建模和布朗动力学模拟。结果发现，取向依赖性导致自平流，循环电流，和可编程的集群形状。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shape and Displacement Fluctuations in Soft Vesicles Filled by Active Particles
我们数值研究了充满活性粒子的二维柔性囊泡的形状和位移波动的动力学。在低浓度下，大多数活性颗粒聚集在囊泡的边界处，在该处正颗粒数波动通过捕获而放大，导致形成高密度、曲率和压力的夹点。在高浓度下，活性颗粒几乎均匀地覆盖囊泡边界，导致相当均匀的压力和曲率，以及接近圆形的囊泡形状。极化和球形之间的变化由活性粒子的数量驱动。的囊泡的质量中心执行持久的随机行走与长时间的扩散率，这是强烈增强的细长的活性颗粒，由于在其推进运动的方向上的取向相关性。在我们的模型中，形状变化引起方向感测，细胞自发地沿着极化方向迁移。
2016-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Guiding the self-assembly of colloidal diamond
该研究通过分子动力学模拟揭示，在四面体构建块体系中精确调控耗尽相互作用的强度与范围，可在狭窄条件窗口内实现立方胶体金刚石的自组装，为制备高性能光子晶体提供了可行路径。
2022-07-18 cond-mat.soft
Vesicle shape transformations driven by confined active filaments
在活性物质系统中，可变形边界提供了一种组织内部活性应力并对外部环境做功的机制。为了研究这样一个系统的极小模型，我们进行基于粒子的模拟包含极性活性丝的集合的弹性囊泡。由于粒子间的相互作用和由于约束的变形性导致的主动应力组织之间的相互作用导致了在散装系统或刚性约束下未观察到的各种细丝时空组织，包括高度对齐的环和帽。反过来，这些细丝组件驱动囊泡形状及其动力学的戏剧性和可调的转变。我们提出了简单的缩放模型，揭示了这些新兴的行为和工程活性材料与目标形状动力学的产量设计原则的机制。
2021-05-06 cond-mat.soft
Active elastocapillarity in soft solids with negative surface tension
活性固体消耗能量以允许致动、形状改变和在平衡中不可能的波传播。尽管许多实验系统已经实现了主动界面，但三维（3D）散装材料的控制仍然是一个挑战。在这里，我们开发了连续介质理论和微观模拟，描述了一个三维软固体的边界经历主动表面应力。活动边界和弹性体之间的竞争产生了广泛的以前未探索的现象，这是所谓的活动弹性毛细现象的演示。与薄壳和囊泡相比，我们发现，大体积3D弹性控制不同各向异性形状之间的过渡。这些过渡满足一个临界点，允许通过朗道理论的普遍分类。活动表面修改弹性波传播，以允许零，甚至负，群速度。这些现象为将形状变化和功能编程到活性固体中提供了强大的原则，从机器人超材料到形状变化的纳米颗粒。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Solids Model: Rigid Body Motion and Shape-changing Mechanisms
针对含零能形变模式与噪声的活性固体非线性动力学不明的问题，提出应力传播可自发驱动多种软模式，通过绝热近似映射到有效朗道自由能预测模式选择与集体动力学起始，为生命及机器人材料设计提供新方向。
2024-01-27 cond-mat.soft
Field-Particle Interactions in Curved Flows for Shape-Asymmetric Active Particles
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Tirupati（印度科学教育研究所提鲁帕蒂分校）
研究弯曲流中形状不对称活性粒子与曲率及外加对齐场的相互作用，揭示其动力学控制新机制及潜在应用。
2026-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Self-organized dynamics and emergent shape spaces of active isotropic fluid surfaces
提出一种变分方法直接计算活性流体表面的稳态几何与流动，通过构造耗散泛函和拉格朗日乘子处理非线性约束，揭示了非平衡相变、简并区域及流体力学屏蔽机制。
2025-07-14 cond-mat.soft
Emergent Structures in an Active Polar Fluid : dynamics of shape, scattering and merger
空间局部化的缺陷结构自发出现在一个积极的极性流体的流体动力学描述，包括极性的'肌动蛋白'丝和'肌球蛋白'马达蛋白，（联合国）结合到丝和施加积极的收缩应力。这些新兴的缺陷结构的特点是不同的纹理，可以是静态或移动-我们推导出有效的运动方程，这些“扩展粒子”，并分析其形状，动力学，相互作用和散射。根据碰撞参量和推进速度，这些活性缺陷经历弹性散射或合并。我们的研究结果是相关的动态肌动球蛋白致密结构在细胞皮质，重组肌动球蛋白复合物和二维活性胶体凝胶。
2017-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Shape Transitions in Network Model of Active Elastic Shells
本文提出一个活性弹性壳网络模型，通过弹簧激发与压力调节耦合，实现从球体到椭球体或不同球体的形状转变，并发现临界压力作为形状敏感开关，为自主形状转变提供生物启发设计原则。
2023-07-06 cond-mat.soft
Eppur si muove: Shape of topological defects -- and consequent motion -- in active nematics
CY Cergy Paris Université（塞吉-蓬图瓦兹CY大学）；CEA, CNRS Université Paris-Saclay（法国原子能与替代能源委员会，CNRS巴黎萨克雷大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Laboratoire Jean Perrin, Sorbonne Université and CNRS（让·佩兰实验室，索邦大学和CNRS）
该研究揭示了活性向列相中拓扑缺陷的形状与其自我推进速度的关系，挑战了传统假设并提供了新的理论预测。
2026-02-16 cond-mat.soft
Effective interactions between inclusions in a chiral active bath inside a channel
悬浮在较小颗粒浴中的胶体包裹体在小的表面间分离处经历有效的浴介导的吸引，这被称为耗尽相互作用。在非手性自推进粒子的活性浴中，有效力从吸引力变为排斥力;当活性浴粒子是手性的时，这种效应被抑制。使用布朗动力学模拟，我们研究了通道限制和浴手性的有效力和扭矩之间介导的两个夹杂物，可以是固定的通道内，或可以允许作为一个刚性的二聚体围绕其质心自由旋转的影响。我们表明，限制有很强的有效相互作用的影响，取决于相对于通道壁的二聚体的取向。活性粒子的手性导致力的不平衡，因此，一个净扭矩上的夹杂物二聚体，我们调查作为一个函数的浴手性强度和通道高度。
2021-07-30 cond-mat.soft
Collective Thermotaxis of Thermally Active Colloids
在激光照射下，具有片状金属涂层的胶体由于对光的吸收而可以作为局部热源。虽然对于不对称胶体，这可能会引起自推进，但它也会导致产生缓慢衰减的温度分布，其他胶体可能会与之相互作用。使用随机公式研究了这种热活性颗粒的稀溶液的集体行为。结果表明，当Soret系数为正时，系统在定态下可用非线性Poisson-Boltzmann方程描述，在受限时，系统的密度分布在中间区域有明显的耗尽.对于具有负Soret系数的胶体，该系统可以描述为引力系统的耗散等价物。结果表明，在这种情况下，热活性胶体溶液可以经历一个不稳定性在临界激光强度，这与超新星爆炸的相似性。
2011-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Sculpting vesicles with active particles: Less is more
本研究通过实验与模拟结合，发现将自推进粒子包裹在巨型囊泡中，在低粒子负载下可产生最显著的树突状等非平衡形状变化，揭示了局部内部力驱动细胞膜强变形的条件。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-organization and shape change by active polarization in nematic droplets
细胞内发生的积极力量可以驱动涉及自发组织和形状变化的关键生物过程，如细胞分裂。最近在体外实验的细胞骨架丝和电机，自组织和分裂的微滴的动机，我们提出了一个最小的流体动力学模型，结合了非平衡动力学的电机丝的相互作用与平衡微相分离。马达在液滴内组织，并将细丝结构化成极化的星状缺陷。在大的运动活动中，它们甚至可以使液滴变形或分裂，或形成多星状液滴链。我们预测的相图概括了这些实验观察到的形状。
2021-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Shape Evolution of Fluid Deformable Surfaces under Active Geometric Forces
针对流体可变形表面模型应用于形态发生需纳入主动力的需求，研究响应平均曲率梯度的主动几何力引发的形状不稳定性，采用表面有限元与半隐式时间步进的数值方法验证了最优收敛性。
2024-08-19 cond-mat.soft math-ph math.MP
Confinement-induced alternating interactions between inclusions in an active fluid
在悬浮在较小颗粒的热化浴中的胶体夹杂物系统中，浴在夹杂物之间产生吸引力，主要来自熵源，称为耗尽力。在活性浴颗粒的情况下，浴介导的力的性质从吸引力急剧变化为排斥力，因为颗粒活性的强度增加。我们研究这种浴介导的有效相互作用的胶体包裹体在浴的自推进布朗粒子，被限制在一个狭窄的平面通道。发现受限对胶体颗粒之间的相互作用有很强的影响，然而，这主要取决于通道内的胶体取向。约束对胶体圆盘相互作用的影响是由活性粒子在表面边界上的分层控制的。这可以作为竞争因素出现，涉及通道壁和胶体内含物在其自身附近积聚活性颗粒的倾向。
2019-12-23 cond-mat.soft
Covariant Active Hydrodynamics of Shape-Changing Epithelial Monolayers
在胚胎发育的早期阶段，形态发生-生物体中形状和形式的出现-几乎完全与单层紧密结合的上皮细胞有关。为了理解这些组织如何改变它们的形状，我们构建了一个完全协变的主动流体动力学理论。在细胞尺度上，应力来自于顶端收缩、机械响应和恒定细胞体积的约束。由于这种细胞自主应力与低雷诺数嵌入流体的位移和剪切之间的平衡，出现组织尺度的变形。可以描述具有任意曲率或形状的组织，为上皮单层形态提供一般框架。平面单分子膜的稳定性分析揭示了两种通用的形状不稳定性：被动约束屈曲，和主动驱动的组织变形。活动性不稳定性可进一步分为两种类型，对应于细胞形状的变化，即“鳞状到柱状”或“规则棱柱到截棱锥”。从后者产生的变形定性再现中胚层和后中肠内陷，这发生在果蝇果蝇的原肠胚形成过程中的发病在体内观察。
2017-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Shape Transformations of Vesicles induced by Swim Pressure
虽然囊泡在热力学平衡中的行为已经被广泛研究，但主动力如何控制囊泡形状转变还不清楚。在这里，我们结合理论和模拟来研究含有活性布朗粒子的囊泡的形状行为。我们发现，结合积极的力量，维数和膜弯曲自由能创造了过多的新颖的相变。在低的游泳压力，囊泡表现出不连续的过渡，从一个球形到一个长形的形状，这在两个维度上没有对应的。在高的游泳压力，它表现出随机的时空振荡。我们的工作有助于理解和控制活性物质系统中膜的形状动力学。
2019-08-17 cond-mat.soft
Shape-dependent motility of polar inclusions in active baths
本文研究活性粒子浴中各向异性内含物的动力学，揭示其运动性及力去相关时间、粒子停留时间对形状的非单调依赖，并指出在接近运动诱导相分离临界体积分数时运动性最优。
2023-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective equilibrium states in mixtures of active particles driven by colored noise
我们考虑具有不同的持续时间和扩散率的活性粒子对的稳态行为。为了这个目的，我们采用主动Ornstein-Uhlenbeck模型，其中粒子是由有色噪声驱动的指数关联函数的强度和相关时间从物种到物种。通过将Fox理论推广到多组分，我们用泛函微积分导出了系统构型分布函数的近似Fokker-Planck方程。在说明了预测的分布在可解的情况下，两个粒子通过谐波势相互作用，我们认为系统的粒子排斥通过逆幂律势。我们比较分析预测，计算机模拟这样的软排斥相互作用在一维，并表明，在线性顺序的持久时间的理论是令人满意的。这项工作提供了工具箱定性描述多体现象，如分层和耗尽，通过有效的对势。
2018-01-16 cond-mat.soft
Gliding filament system giving both orientational order and clusters in collective motion
活性物质由自驱动的元素组成，从生物系统到人工系统，都表现出迷人的集体运动。在众多的活性物质系统中，运动在分子马达草坪上的重组生物细丝通过纯粹的物理相互作用提供了理解生物运动的基本实验场。然而，到目前为止，在运动分析中出现有序模式需要多丝碰撞、耗尽剂或结合分子。因此，无论是简单的物理相互作用在碰撞过程中，如空间效应没有耗尽，也没有结合剂是足够的或不足以产生有序的模式，在运动性测定仍然难以捉摸。在这篇文章中，我们建立了一个运动检测纯粹由驱动蛋白马达和微管，其中的二元碰撞的频率可以控制，而不使用耗尽或结合剂。通过控制空间相互作用的强度和微管的密度，我们发现了不同的状态：无序状态，长程取向有序状态，类液-气相分离状态，以及它们之间的转换。我们发现碰撞中交叉和对齐事件之间的平衡控制着从无序到整体有序状态的转变，而过于强烈的空间位阻效应导致相分离的团簇。此外，在实验中观察到的宏观手征对称性破缺作为一个整体旋转的七阶可以归因于分子水平的手征性。数值模拟中，我们改变体积排斥强度重现这些实验结果。此外，它揭示了从长程排列到双谱带再到聚集的过渡。这项研究可能会提供新的见解，通过一个纯粹的物理相互作用的自驱动元素的动态排序。
2018-06-04 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions dominate the structure of active swimmers' pair distribution functions
由于其动力学的非平衡性质，微泳者经常表现出令人惊讶的模式。总的来说，微型游泳者的悬浮液看起来像一种液体，其性质使其与被动的对应物区分开来。为了了解流体动力相互作用的影响的基本统计特征的microswimmer的液体，我们调查其结构的对分布函数的装置。我们进行基于粒子的模拟，包括空间效应，形状各向异性和流体动力学相互作用的microswimmer。我们发现，流体动力学相互作用大大改变了方向相关的对分布函数相比，纯粹的排斥体积模型，如活性布朗粒子，并普遍降低了液体的结构。耗尽区占主导地位，在较低的填充分数，而在较大的填充分数的microswimmer液体开发一个更强的第一壳的邻居在特定的方向，而失去结构在更大的距离。我们的工作是第一步的统计力学处理的结构的microswimmer悬浮液。
2018-12-17 cond-mat.soft
Effect of a Cone Shape on the Motion of Active Janus Colloids
Green and Low-Carbon College, Yancheng Teachers University（盐城师范学院绿色低碳学院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
通过双光子聚合3D打印和交流电场实验，研究了锥形形状对Janus微游泳者推进速度的影响，发现球形粒子最快，锥形突起影响速度，并揭示了频率依赖的运动方向反转。
2026-06-16 cond-mat.soft
Active particles with polar alignment in ring-shaped confinement
我们研究的活性，非手性和手性，布朗粒子与极性排列和空间相互作用的悬浮液中的稳态性质限制在一个环形（环）的限制在两个维度。探索可能的相互作用之间的极性interparticle排列，几何约束和表面曲率，被纳入这里的最低水平，我们报告了一个表面人口反转效应，从而活性粒子迁移的环形的外凹边界上积累的内凸边界。这与传统的图片，这意味着更强的积累的活性粒子相对于凸的凹边界。粒子数反转是由粒子排列和表面曲率引起的，当这些因素中的任何一个不存在时，粒子数反转就会消失。我们探讨了随后的后果的手征性感应电流和游泳压力的活性粒子和分析系统参数，如粒子的平均数密度和粒子的自推进，手征性和排列强度的可能作用。
2020-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A computational model of self-organized shape dynamics of active surfaces in fluids
本研究提出一种耦合表面与体相流体动力学及可扩散物质表面流动的有限元方法，用于研究流体中活性表面的力学化学模式与形状变化，验证了方法有效性并揭示了非线性行为与曲率对模式的影响。
2023-05-03 cond-mat.soft
Theoretical study of vesicle shapes driven by coupling curved proteins and active cytoskeletal forces
真核细胞具有灵活的形状，根据细胞执行的功能动态变化。使细胞膜变形为所需形状的一种机制是通过表达弯曲的膜蛋白。此外，这些弯曲的膜蛋白通常与细胞骨架的募集有关，然后细胞骨架施加使膜变形的主动力。曲率和活性之间的这种耦合先前在小变形和低维度的线性极限中进行了理论探索。在这里，我们探讨了不受限制的形状的囊泡，含有活性弯曲膜蛋白，在三维空间，使用蒙特卡罗数值模拟。蛋白质的活性是以向外推动膜的膨胀力的形式，这可能是由于在膜附近发生的肌动蛋白或微管聚合而引起的细胞骨架。对于具有各向同性凸形状的蛋白质，额外的膨胀力增强了它们聚集并形成膜突起（芽）的趋势。此外，我们还发现了另一个从项链型聚集体的变形球体到扁平煎饼状囊泡的过渡，其中弯曲的蛋白质排列在外边缘。第二次转变是由主动力驱动的，再加上自发弯曲，由此产生的配置可能有助于了解粘附和运动细胞的板状伪足的组织。
2018-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Shape-asymmetry and flexibility in active cross-stream migration in nonuniform shear
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Tirupati（印度科学教育研究所蒂鲁帕提分校）
本研究揭示活性与前后形状不对称性是微泳者在非均匀剪切中实现跨流迁移的关键被忽视因素，通过带鞭毛微泳者模型探究流体耦合与鞭毛柔性的影响，建立简化理论明确非线性动力学驱动因素，成果可用于活体细胞与人工微泳者的动力学调控，相关流体框架可拓展至多剪切流场景。
2025-04-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active nematics with deformable particles
本文将细胞形状可变形性引入活性向列相连续介质理论，揭示圆形细胞需克服弹性势垒才能驱动组织尺度流动，并发现超阈值后系统呈现细长细胞强流动区与各向同性静止区共存的动力学稳态。
2023-08-13 cond-mat.soft
Defect-driven shape transitions in elastic active nematic shells
活性物质的特征在于它能够通过自生应力引起运动。在固体的情况下，这样的运动可以导致形状变换。产生应力的组分可以是各向异性的，从而赋予材料介观取向有序性。目前尚不清楚这些活性成分的具体位置和方向如何影响形态学变化。本文从理论上研究了在应力产生元件的排列中施加拓扑点缺陷对弹性主动球壳形态的影响。我们发现，电荷+1的拓扑缺陷是唯一能够增加，减少或保持壳的固有曲率。这些变化取决于主动应力的性质和缺陷的相位角。我们应用我们的理论进行实验收缩肌动球蛋白片。通过组合不同电荷的缺陷，我们可以生成具有任意复杂性的壳。我们确认这种灵活性，通过复制的形状的淡水水螅，其中拓扑缺陷已与动物的形态特征。除了理解形态发生过程，这些原理还可以应用于可编程主动机械超材料的设计，这些材料构成了自主软机器人的基础。
2022-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Volume changes during active shape fluctuations in cells
细胞改变其体积响应于渗透压的变化，但它通常被认为是其他积极的形状变化不涉及显着的体积波动。在这里，我们报告的实验表明，水的运输进出细胞是需要形成水泡，通常观察到的突起，在质膜驱动皮质收缩。我们开发和模拟流体介导的膜皮质变形的模型，并表明，渗透膜是必要的水泡形成，否则受损。两者合计，我们的实验和理论结果强调在积极驱动的细胞形态变化的流体力学和弹性之间的微妙平衡。
2015-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Differently Shaped Hard Body Colloids in Confinement: From passive to active particles
本文综述了近年来各向异性硬胶体粒子的理论研究进展。考虑的形状范围从棒和哑铃到圆形立方体，多面体和双轴粒子与任意形状。我们的重点是静态和动态的密度泛函理论和计算机模拟。我们描述了最近的结果的结构，动力学和相行为的散装和各种限制的几何形状，例如建立由两个平行的墙壁，减少系统的维数为两个维度。我们还包括最近的理论建模的活性粒子，这是自主驱动的一些内在的电机，并强调其迷人的非平衡动力学和集体行为。
2013-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tissue fluidization by cell-shape-controlled active stresses
生物细胞可以根据其整体形状主动调整其细胞内结构。在这里，我们探讨这种耦合在一个极小模型的致密细胞材料，每个细胞施加一个积极的机械应力沿其轴的伸长的流变学含义。增加主动应力幅值导致几个转变。最初的六边形晶体图案首先被去稳定化成具有各向异性单元的固体。进一步增加活动，我们发现一个重入过渡到一个政权与有限的六角形秩序和有限的剪切模量，其中细胞安排根据一个菱形图案与周期性排列的玫瑰花结结构。剪切模量在第三阈值再次消失，超过第三阈值，自发组织流动出现。在这最后一个政权，我们观察到的细胞形状图案的出现称为拓扑缺陷，与周围的缺陷同意在上皮组织实验中观察到的流动和应力场。我们进一步提供了一个可测试的预测拓扑缺陷附近的细胞-细胞重排热点。总的来说，我们的工作连接了在各种类型的上皮组织中观察到的看似不同的特征-例如，结节和拓扑缺陷。
2022-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
A Twist On Active Membranes: Odd Mechanics, Spontaneous Flows and Shape Instabilities
本文研究活性流体膜的手性应力贡献，发现其引发切向流动和形状不稳定性，由活性 Scriven-Love 数控制，适用于亚细胞到组织水平的生物系统。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Shape Transformations and Rupture of a Vesicle Driven by an Encapsulated Active Particle
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育与研究学院穆扎法尔纳加尔分校）
本研究通过粗粒化模拟揭示，囊泡内单个活性粒子的推进力驱动膜变形，其程度随活性非单调变化，高活性导致破裂，且表面张力显著调节该过程。
2026-10-06 cond-mat.soft
