Slender Phoretic Theory of chemically active filaments
人造微泳者或“微机器人”有可能彻底改变非侵入性医学和微流体学。由自泳机制（如Janus粒子）提供动力的微机器人通常利用其环境中的溶质燃料。传统上，自泳颗粒是点状的，但是细长的泳棒已经成为越来越普遍的设计。虽然一直有很大的兴趣，创造有效的渐近理论细长泳棒，迄今为止，这种理论已被限制到直杆轴对称图案。然而，现代制造方法将很快允许制造具有复杂三维形状的细长电泳丝。在本文中，我们发展了一个细长体理论的溶质的自扩散电泳丝的任意三维形状和图案。我们分析表明，不同于其他细长体理论，一阶方位角的变化所产生的曲率和限制可以有领先的顺序的游泳运动学的贡献。
2020-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Diffusion-based height analysis reveals robust microswimmer-wall separation
微型游泳者通常在墙壁附近移动，这会强烈影响他们的运动。然而，直接的实验测量游泳壁分离仍然难以捉摸的日期。在这里，我们确定这种分离的模型催化microswimmer的高度依赖性的被动组件的均方位移。我们发现，游泳者表现出“ypsotaxis”，倾向于假设一个固定的高度以上的墙壁的盐浓度，游泳者的表面电荷，和游泳者的大小范围。我们的研究结果表明，ypsotaxis是活动诱导的，对未来仍有争议的推进机制的建模构成限制。
2020-10-22 cond-mat.soft
Minimal numerical ingredients describe chemical microswimmers's 3D motion
本研究提出一个粗粒化耗散粒子-流体动力学模型，通过水动力相互作用、重力及质量与形状不对称的竞争平衡，成功重现化学微型游泳者的复杂3D运动，为合成可控微型游泳者提供通用框架。
2023-07-30 cond-mat.soft
Dynamics of a microswimmer near a curved wall: guided and trapped locomotions
我们提出了一个结合的解析-数值策略来预测一个微型游泳者在一个弯曲的球形障碍物旁边的动力学和轨迹。的microswimmer是由在其表面上的滑动速度和一致有效的解决方案是通过利用雷诺互易定理结合精确的流体动力学解的平移/旋转的球在任意方向旁边的一个静止的障碍物。这种方法允许的microswimmer和障碍物的水动力相互作用，以一致和准确地计算在远场和近场。基于分析，结果表明，虽然“点奇异性解决方案”是有效的，当微型游泳者远离障碍物，它无法预测正确的动态时，游泳者接近障碍物（即间隙大小约为两倍的特征长度的微型游泳者）。两种不同的范式推进，所谓的“蠕动”和“泳”模型，进行了检查，并为每种类型的microswimmer，各种类型的轨迹突出显示和讨论的情况下，游泳者可以被流体动力学捕获或引导的障碍。分析表明，在具有大尺寸障碍物（$\sim 20$ -比微型游泳者尺寸大$40$倍）的封闭圆形轨道中捕获微型游泳者总是更容易，因为在这种情况下，旋转速度的幅度可以足够大，使得游泳者可以调整其与障碍物的距离和取向矢量。
2017-10-29 cond-mat.soft
Model microswimmers in channels with varying cross section
我们研究了不同类型的微型游泳者在不同的截面的通道中移动，从而与通道壁的流体动力学相互作用。从Smoluchowski方程的稀释悬浮液，其中游泳者之间的相互作用可以忽略不计，我们推导出平面通道壁之间的横向概率分布的解析表达式。对于弱波纹通道，我们扩展的菲克-雅各布斯的方法microswimmer，从而推导出一个有效的方程沿通道轴的概率分布。出现两种状态，要么由几何限制引起的熵力主导，要么由主动运动主导。特别是，我们的研究结果表明，在通道壁的microswimmer的积累是敏感的，潜在的游泳机制和几何形状的通道。最后，对于不对称的通道，微泳者模型预测了沿通道的整流，其强度和方向强烈依赖于游泳者的类型。
2017-04-18 cond-mat.soft
Anomalous rheology of puller-type microswimmer suspensions
本研究通过直接流体动力学模拟揭示拉型微型游泳者悬浮液的异常流变机制，发现其收缩流场导致壁面附近垂直排列与取向序增强，主导整体动力学，且稳态行为受长径比和约束程度影响。
2025-03-03 cond-mat.soft
Universal Translational and Rotational Mobility Expressions of Phoretic and Self-phoretic Particles with Arbitrary Interaction Potentials
本研究结合两类泳动迁移率计算方法的优势，推导了具有任意相互作用势的泳动与自泳动粒子的通用平移旋转迁移率表达式，验证了其在多场景下的有效性，并探究了自推进与外场驱动的竞争机制。
2024-08-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Giant adsorption of microswimmers: duality of shape asymmetry and wall curvature
本文用哑铃模型研究了微泳者形状不对称对其在封闭通道壁面上吸附能力的影响。对于一个形状极性的向前游泳的圆锥体，像行程平均形状的精子，极长的壁停留时间被发现，所造成的非零分量的推进力指向稳步进入壁，这与自推进速度和形状的不对称性呈指数增长。提出并验证了形状不对称性与壁面曲率之间的直接对偶关系。我们的研究结果是相关的设计microswimmer与控制壁粘附性能。此外，我们证实，在活跃的系统中的压力是强烈敏感的颗粒壁相互作用的细节。
2015-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Chemotactic behavior for a self-phoretic Janus particle near a patch source of fuel
本文研究Janus粒子在燃料贴片源附近的趋化行为，揭示释放与消耗速率及泳动迁移率对运动的调控，并发现粒子可稳定悬停于贴片上方。
2024-06-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Permeation dynamics of active swimmers through anisotropic porous walls
本研究以衣藻为模型，通过微迷宫实验揭示柱状障碍物的形状和取向各向异性在不同时间尺度上显著影响活性游泳体的渗透动力学，并探讨隔室间的交换动力学。
2023-06-22 cond-mat.soft
Hydrodynamic capture of microswimmers into sphere-bound orbits
自推进粒子可以表现出令人惊讶的非平衡行为，它们如何与障碍物或边界相互作用仍然是一个重要的开放问题。在这里，我们表明，化学推进的微棒可以被捕获，在他们的速度变化不大，到附近的固体球休息或附近的水平面上的关闭轨道。我们发现，这种相互作用之间的球体和颗粒是短程的，甚至发生在小于颗粒长度的球体，并为各种球体材料。我们考虑一个简单的模型，润滑理论的基础上，力和扭矩自由泳者驱动的表面滑移（泳推进机制）和移动附近的固体表面。该模型演示了捕获或朝向表面的移动，并产生与距离无关的速度。这项研究揭示了自推进粒子与被动物体的活动驱动相互作用的关键方面，并提出了使用胶体示踪剂作为活性物质探针的问题。
2013-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermotaxis of Janus Particles
自主微泳者的相互作用对运动活性物质集体态的形成起着重要作用。我们详细研究了常见的微游泳器设计的双面Janus球与半球由不同的材料制成。它们的化学和物理表面性质可以被定制以微调它们的相互吸引、排斥或对齐行为。为了系统地研究这些效应，我们监测了由光学加热的金属纳米粒子产生的外部温度场中单个金帽Janus粒子的动力学。我们量化的Janus粒子的取向相关的排斥和对齐，并解释它在一个简单的理论模型的诱导热渗透表面通量。该模型揭示了粒子的角速度完全由Janus粒子的半球和它们的电泳迁移率对比之间的赤道上的温度分布决定。此外，外部温度场的畸变，其异质性的导热性被证明打破了问题的明显对称性。
2021-03-28 cond-mat.soft
Emergence of run-and-tumble-like swimming in self-propelling artificial swimmers in soft microchannels
本研究实验发现软微通道中自泳液滴涌现出跑-停式游动，源于弹性流体动力学与化学流体动力学耦合，为利用壁弹性调控活性剂提供新途径。
2025-08-06 cond-mat.soft
Geometry-Controlled Motility of Microswimmers in elementary microfluidic confinements
Université Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，LIPhy实验室）
本文研究衣藻在不同PDMS微流体几何限域中的运动，发现几何可调控其运动模式，为微泳者输运的被动控制提供了新途径。
2026-08-05 cond-mat.soft
Swim pressure on walls with curves and corners
游泳压力的概念量化了微游泳者在非平衡状态下对围壁施加的平均力。在这里，我们探讨如何游泳压力取决于壁曲率和存在的尖角在墙上。对于高稀释度的主动布朗粒子，我们提出了一个连贯的框架，它描述了任意形状的被动粒子上的力和扭矩，在大颗粒的极限相比，泳者轨迹的持久性长度。所产生的力可以用于导出例如两个圆盘之间的活性诱导的耗尽相互作用，以及优化用于高游泳速度的示踪剂颗粒的形状。我们的预测是可验证的实验被动障碍物暴露在一个浴的细菌或人工microswimmer。
2015-10-01 cond-mat.soft
Metallic Microswimmers Driven up the Wall by Gravity
作为一种自然的功能性行为，各种微生物通过定向和逆重力向上游动而表现出重力轴。本文所述的游动自泳纳米马达（包括纳米棒）在尾重时（即，当金属之一的密度大于另一种金属时）优先向上取向并沿着壁向上游动。通过实验和理论，确定了两种机制，有助于这种引力行为。首先，浮力或重力扭矩作用在这些杆上以使它们向上对齐。第二，杆与倾斜壁的流体动力相互作用在杆上引起前后阻力不对称，这加强了杆的取向偏差并促进其向上运动。
2020-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wall curvature driven dynamics of a microswimmer
微生物在流体中穿梭，通常受到复杂环境的限制，以生存和维持生命。受这一事实的启发，我们考虑一个模型系统，并试图了解壁曲率驱动的动力学的蠕动，一个microswimmer的数学模型，使用（i）格子玻尔兹曼模拟和（ii）分析理论的\citet{dario_gareth}。该系统的瞬时动力学是根据流体速度场以及微型游泳者的平移速度和角速度来呈现的，而长时间动力学是通过在物理和动力学空间中绘制弯曲边界附近的蠕动轨迹来呈现的，以及根据（i）邻近参数，（ii）保留时间，（iii）游泳者方向和（iv）边界附近的切向速度，以及（v）碰撞期间的散射角。我们的详细分析表明，无论类型和强度，microswimmer表现出更大的亲和力对一个凹的边界，由于流体动力学相互作用相比，凸的边界。在存在额外的排斥与边界的相互作用，我们发现，拉（推进向前推力）有一个稍微更大的亲和力对凸-弯曲的墙壁相比，推（推进向后推力）。我们的研究提供了一个全面的理解的结果，在一个统一的框架，包括动力学的拉，推，和中性游泳者在附近的平，凹，凸壁的水动力相互作用。此外，通过将蠕动体限制在一个圆环内，研究了相对曲面的组合效应。在一个统一的框架和见解提出的结果预计将是有用的设计几何约束，以控制和引导微流体应用中的运动的微游泳者。
2021-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-propulsion in 2D Confinement: Phoretic and Hydrodynamic Interactions
具有化学活性的Janus粒子沿其表面产生切向浓度梯度，用于自推进。虽然这是很好的研究在无界域，在生物相关的环境，如禁闭的分析是稀缺的。在这项工作中，我们研究了弱约束下的Janus球的运动。粒子被放置在任意位置，在两个壁之间具有任意方向。利用反射的方法，我们研究了限制平面边界上的电泳和流体动力学相互作用的效果，以及它们对Janus粒子动力学的后果。的动态轨迹进行了分析，使用相图不同的表面覆盖的活动和溶质-粒子相互作用。除了近壁状态，如“滑动”和“悬停”，我们表明，占两个平面边界揭示了两个新的状态：通道跨越振荡和阻尼振荡的中心线周围，其特征在于作为“散射”或“反射”的早期分析单壁相互作用。使用相图，我们突出了惰性面对和积极面对Janus粒子的差异。我们还比较了Janus粒子与蠕动体的动力学，以对比化学相互作用与流体动力学效应。从目前的工作中获得的见解表明，生物和人工游泳者通过长距离的相互作用来感知周围环境，这种相互作用可以通过改变表面特性来改变。
2021-07-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Relating microswimmer synthesis to rheotactic tunability
我们探讨的行为微米尺度的自泳Janus（金/铂）棒，具有不同的金/铂长度比，游泳附近的墙壁在一个强加的背景流。我们发现，他们的能力，强大的方向和移动上游，即rheotax，强烈依赖于Au/Pt的比例，这是很容易调谐的合成。由表面滑移驱动的游泳杆的数值模拟显示出类似的趋流性可调性时，不同的位置的表面滑移与表面阻力。滑动位置决定了游泳者是推（后驱动），拉（前驱动），还是两者之间。我们的模拟和建模表明，拉车rheotax最强大的，由于其较大的倾斜角的墙壁，这使得他们响应流动梯度。因此，rheotactic响应推断的性质，难以测量的活性颗粒的流场，建立其依赖于游泳者类型，并显示如何Janus杆可以调整流动响应。我们证明了一个简单的几何筛的有效性，为rheotactic能力。
2019-06-11 cond-mat.soft
Can the self-propulsion of anisotropic microswimmers be described by using forces and torques?
人工和生物微泳者的自推进（即，活性胶体颗粒）经常通过使用进入被动颗粒的布朗运动的过阻尼方程的力和扭矩来建模。这似乎与游泳者是无力和无扭矩的事实相矛盾，即，作用在质点上的力和力矩都消失了。使用不同的模型，机械和diffusiophoretic自推进，我们在这里证明，运动方程的microswimmer可以映射到那些被动粒子的形状相关的大阻力矩阵和正式的外部有效力和扭矩。这与人工非对称微泳者由自扩散电泳驱动的圆周运动的实验结果是一致的。有效的自推进力和扭矩的概念大大有助于理解游泳路径，例如，在重力作用下的微型游泳者。然而，当游泳者的自推进机制被其附近的另一个粒子或与障碍物（如墙壁）的相互作用干扰时，这个概念有其局限性。
2014-10-24 cond-mat.soft
Rheotaxis of microswimmers in colloid-laden channel flow
Indian Institute of Technology, Madras（印度马德拉斯理工学院）；Indian Institute of Science, Bengaluru（印度科学研究所班加罗尔）
采用球形方柱模型和多粒子碰撞动力学模拟，研究硬球胶体存在下通道流中微游泳者（推进型、牵引型或中性型）的运动行为，发现胶体使推进型游向中心上游、牵引型在低速时偏离中心，高速时所有游泳者被流携带并主导上游取向。
2026-05-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Colloidal electro-phoresis in the presence of symmetric and asymmetric electro-osmotic flow
我们使用最近推出的小角超外差动态光散射仪（ISAH-LDV）的带电球悬浮液中的大量电渗流的存在下，电泳运动的特征。积分模式下的操作可以获得整个电池横截面上的粒子速度分布。获得的多普勒光谱电泳流动性，壁电渗透流动性和粒子扩散系数进行评价。同时测量不同的电渗透迁移率导致不对称的溶剂流证明在一个定制的电动细胞拟合标准显微镜载玻片作为可交换的侧壁。我们的方法的范围和范围进行了讨论，证明了内部校准标准的可能性，并使用同时测量的电动迁移率的解释涉及一个不均匀的电场和复杂的溶剂流动模式的微流体泵送实验。
2018-08-21 cond-mat.soft
Dynamics of microswimmers near a liquid-liquid interface with viscosity difference
本文提出并模拟了黏度不同的液-液界面附近微型游泳者的动力学模型，发现游泳者会系统性地重新定向至低黏度流体区，并观察到悬停等新运动模式。
2022-12-10 cond-mat.soft
Collective behavior of self-propelled rods with quorum sensing
活性剂-如运动性测定中的泳动颗粒、细菌、精子和细胞骨架丝-显示出多种多样的运动性诱导的集体行为，如聚集、聚集和相分离。在生物膜形成过程中，泳动颗粒和细菌的致密悬浮液的行为由两种主要的物理机制决定：（i）体积排阻（短程空间排斥）和（ii）群体感应（由于局部化学环境的改变而导致的较长距离的减少的推进）。为了系统地表征这样的系统，我们研究半穿透自推进杆在两个维度上，与推进力，随着当地杆密度的增加，采用布朗动力学模拟。体积排斥和群体感应都导致相分离，然而，结构和杆动力学有很大的不同。群体感应增强了团簇的极性，诱导了团簇边缘的杆状细胞的非对称性，并增强了团簇形成。对于系统，其中杆在高密度下基本上变得被动，观察到星状和条纹的形成。与具有较小纵横比的杆相比，具有较大纵横比的杆系统显示出更有序的结构，这是由于它们具有更强的对齐，具有几乎圆形的星状结构，以获得强烈的密度依赖性推进力。随着群体感应相互作用范围的增大，局域密度减小，星状结构变得不稳定，并出现极性刺猬簇和具有结构域的簇。我们的研究结果表征结构的形成和动力学由于两个质量不同的相互作用机制，空间位阻和群体感应，这两个相关的工程泳微泳以及生物膜形成的细菌的竞争。
2018-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
The motion of catalytically active colloids approaching a surface
本研究利用声学镊子将催化活性 Janus 球体从壁面举起，分析其在体相及近壁的运动，发现速度随盐浓度降低主要源于自身推进减弱，并揭示了壁面与颗粒自推进速度间的耦合。
2024-11-18 cond-mat.soft
Near-wall hydrodynamic slip triggers swimming state transition of microorganisms
能动微生物与附近固体基质的相互作用是一种研究得很好的现象。然而，流体动力滑移对基底的影响却很少受到关注。在本研究中，在蠕动模型的框架内，我们施加一个切向速度在游泳者表面作为纤毛推进的代表，随后获得的斯托克斯方程的精确解的基础上相结合的分析-数值方法。我们说明了近壁游泳速度是如何通过壁滑移和水动力的相互作用来改变的。我们报告了一个特征过渡的游泳轨迹的牵引器和推杆型microswimmer的流体动力学滑移，如果壁滑移长度跨越一个临界值。在牵拉式微型游泳者的情况下，其游泳装置在其细胞体之前的蛙泳样动作推动，壁滑移可以导致壁束缚捕获游泳状态，作为周期性或阻尼周期性振荡，否则将从无滑移壁逃逸。相关联的临界滑移长度有一个非单调依赖于初始取向的游泳者，这是由新的相图。推动者，这得到他们的推进推力从后鞭毛的行动，也表现出类似的游泳状态的转变，但在这种情况下，壁滑介导的重定向动力学和游泳模式的竞争，以不同的方式的拖拉机。目前的研究结果铺平了道路，了解生物microswimmer附近的运动特性的限制与疏水壁或策略的设计用于分选和运动整流的人工游泳者通过定制其表面润湿性的微流控装置。
2019-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonlinear dynamics of a microswimmer in Poiseuille flow
本文研究了球形微游泳者在圆柱Poiffille流中的三维动力学，该流可以映射到一个Hamilton系统上。摆动和翻滚轨迹被识别。在2D中，它们相当于数学钟摆的振荡和循环解。游泳者和限制通道壁之间的流体动力学相互作用导致耗散动力学，并导致稳定的轨迹，不同的拉和推。我们证明了这种行为的偶极子近似的游泳者和模拟使用多粒子碰撞动力学的方法。
2012-01-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Slip length dependent propulsion speed of catalytic colloidal swimmers near walls
由于自生流体流动而推进的催化胶体游泳者表现出对表面的强烈亲和力。我们在这里报告的实验测量显着不同的速度，这样的microswimmer在附近的基板由不同的材料。我们发现，速度与基板上的溶液接触角$θ$，这反过来又涉及到相关的流体动力学基板滑移长度，作为$V\propto(\cosθ+1)^{-3/2}$的规模。我们发现，这种依赖性可以归因于游泳者和基板之间的渗透耦合。我们的工作指出，在墙上的流体动力学滑动，虽然往往不考虑，可以显着影响催化游泳者的自推进。
2019-09-09 cond-mat.soft
Microswimmers near corrugated, periodic surfaces
我们探索微泳者和波纹，或粗糙，表面之间的流体动力学相互作用，经常在生物系统和微流体装置中发现。使用粘性流的洛伦兹互易定理，我们推导出精确的表达式的粗糙度引起的速度的表面高度波动的第一顺序，并提供解决方案的平移和角速度有效的任意表面形状。我们应用我们的理论预测来阐明的影响，周期性的，波浪状的表面上的速度的microswimmers建模的叠加斯托克斯奇点。我们的研究结果，有效的框架内的远场分析，表明粗糙度引起的速度随波长的表面非单调变化。对于波长可比的游泳者表面的距离，一个推杆可以经历一个排斥的贡献，由于在表面腔的边缘，这减少了整体吸引力的墙壁的流场的反射。
2022-08-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confinement induced three-dimensional trajectories of microswimmers in rectangular channels
该研究通过数值模拟与解析方法，系统探究了矩形通道中不同类型微游泳体的三维轨迹规律，揭示了流体动力相互作用的影响，并提出基于叠加原理的方法解释复杂轨迹的起源。
2023-11-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Surfactant-loaded capsules as Marangoni microswimmers at the air-water interface: Symmetry breaking and spontaneous propulsion by surfactant diffusion and advection
我们提出了一种实现的快速界面Marangoni microswimmer的半球形藻酸盐胶囊在空气-水界面，扩散释放水溶性的扩散分子（弱表面活性剂，如聚乙二醇（PEG）），它作为“燃料”通过调节空气-水界面张力。对于许多不同的燃料，尽管藻酸盐颗粒和发射是各向同性的，但我们可以观察到对称性破缺和自发推进。推进机制类似于肥皂船或樟脑船，然而，它们通常在形状或排放上不对称以选择游泳方向。我们开发了一个理论的Marangoni船推进开始从低雷诺数的表面活性剂的扩散和平流和流体流动，其中包括表面活性剂引起的流体Marangoni流，和表面活性剂吸附在空气-水界面的耦合问题进行分析，我们还包括一个可能的表面活性剂的蒸发。游泳速度由阻力和Marangoni力的平衡决定。我们表明，自发对称性破缺导致推进是可能的临界无量纲表面活性剂的排放率（Peclet数）以上。我们推导出Peclet数和游泳速度之间的关系，并利用努塞尔数的概念推广到更高的雷诺数。该理论解释了所观察到的PEG-海藻酸盐胶囊的游泳速度，我们解开了基于樟脑的其他马兰戈尼船系统的差异，这主要是由表面活性剂从液体-空气界面蒸发引起的。的胶囊马兰戈尼微泳也表现出表面活性剂介导的排斥与墙壁的相互作用，这可以定性地解释在墙上的表面活性剂积累。
2021-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Frequency-dependent higher-order Stokes singularities near a planar elastic boundary: implications for the hydrodynamics of an active microswimmer near an elastic interface
流体环境中的自驱动活性粒子的新兴领域最近引起了生物物理学和生物工程界的极大兴趣，因为它们具有广阔的未来生物医学和技术应用前景。这些微泳者通过水介质自主移动，在现实情况下，他们遇到了过多的外部刺激和限制表面具有特殊的弹性特性。基于远场流体动力学模型，我们提出了一个分析理论来描述的物理相互作用和流体动力学耦合之间的自推进的主动微型游泳器和弹性界面，具有抗剪切和弯曲。我们建模的活性剂作为高阶斯托克斯奇点的叠加，并阐明了附近的弹性边界引起的相关的平移和旋转速度。我们的研究结果表明，速度可以分解为剪切和弯曲相关的贡献，接近无滑移刚性壁在稳定极限的活性剂的速度。的瞬态动力学预测，由于弯曲阻力的microswimmer的速度的贡献一般比剪切阻力更明显。我们的研究结果提供了深入了解的控制和指导的人工和合成的自我推进的主动microswimmer弹性约束附近。
2019-09-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Gravity induced formation of spinners and polar order of spherical microswimmers on a surface
我们数值研究的流体动力学的自推进粒子系统，由球形蠕动沉积在一个平面上。我们观察到的动态结构的出现，由于粒子粒子和粒子壁的流体动力学相互作用的相互作用。在低覆盖率，我们的研究结果表明，形成小的手性自旋：两个或三个粒子通过近场流体动力学相互作用结合在一起，分别形成一个旋转的二聚体或三聚体。自组织旋转器的稳定性可以通过沉降的强度来调节。增加颗粒浓度导致颗粒之间的相互作用增加，旋转器变得不稳定。在更高的面积分数，我们发现，推动颗粒可以调整其游泳方向，导致一个稳定的极性顺序和增强的运动。此外，我们测试的稳定性的极序存在一个固体边界。我们观察到一个圆柱形的限制粒子涡的出现。
2019-12-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergent behavior in active colloids
活性胶体是微观粒子，其通过将从其环境中提取的能量转化为定向运动而在粘性流体中自推进。我们首先解释如何artificial microswimmer向前移动产生近表面的流场通过自泳或自诱导Marangoni效应。然后，我们讨论了通用功能的动态单个活性胶体在散装和禁闭，以及在重力，场梯度和流体流动的存在下。在第三部分中，我们回顾了活性胶体悬浮体的涌现集体行为，着重于它们的结构和动力学性质。在总结实验观察的基础上，我们对集体运动的活性胶体模型的进展进行了概述。虽然活跃的布朗粒子被大量用于研究大尺度的集体动力学，但需要更先进的方法来探索流体动力学和泳动粒子相互作用的重要性。最后，提出了量化涌现集体行为的物理方法。
2016-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confinement effects on diffusiophoretic self-propellers
我们从理论上研究了空间限制对溶解颗粒的泳动运动的影响，所述溶解颗粒由其溶剂的化学反应产生的成分梯度驱动，所述成分梯度仅在颗粒表面的某些部分上是活性的。我们发现，限制壁的存在下，以类似的方式增加的成分梯度和粘性摩擦，这些竞争效应的总体结果是增加的粒子的泳动速度。对于只在化学反应的粒子和产物分子之间存在空间排斥的情况，速度的绝对值仍然相当小。
2009-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Directed autonomous motion of active Janus particles induced by wall-particle alignment interactions
Presidency University（普雷西登西大学）
本文提出利用粒子-壁面对齐相互作用实现活性粒子运动整流，通过数值模拟证明微小的壁面对齐强度差异或重力阻力可打破上下对称性，使手性粒子以超过60%效率定向运动，而非手性粒子需借助Couette流诱导轨道运动，该机制对自推进性质和手性变化具有鲁棒性，可用于微游动体分选。
2025-11-06 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions between a sedimenting squirmer and a planar wall
本文研究沉降squirmer与平面无滑移壁的流固耦合，通过精确解验证自适应边界积分程序，并刻画重力诱导的壁附近分岔与多种运动模式。
2024-10-11 cond-mat.soft math-ph math.MP
Shear induced migration of microswimmers in pressure-driven channel flow
我们研究了剪切诱导迁移的microswimmer（主要是，活跃的布朗粒子或ABP的）在一个平面Poiffille流。对于由$U_b/HD_r \ll 1$表征的宽通道，表征游泳者定向动力学的时间尺度之间的分离（O（$D^{-1}_r$）的）和那些表征跨通道迁移的（O（$H^{2}D_r/U^{2}_b$））的方程，允许使用多尺度方法来导出游泳者浓度分布的漂移扩散方程;这里，$U_b$是游泳速度，$H$是通道半宽，$D_r$是游泳者旋转扩散率。稳态浓度分布是佩克莱数、$Pe = U_{f}/(D_r H)$（$U_f$是通道中心线速度）和游泳者纵横比$κ$的函数。在$1 \ll \textit{Pe} \ll κ^3$（$Pe\sim$ O（1））状态下，具有$ κ\gg 1$（具有$ κ\sim$ O（1））的游泳者向通道壁迁移，对应于高剪切捕获行为。然而，对于$Pe \gg κ^3 $（对于$κ\sim$ O（1）为$Pe \gg $ 1），游泳者向中心线迁移，对应于低剪切捕获行为。有趣的是，在低剪切捕获制度，游泳者与$κ< 2$渐近线的$Pe$独立的浓度分布的大$Pe$，而那些与$κ\geq 2$表现出“中心线崩溃”的$Pe \to \infty$。通过朗之万模拟验证的低剪切捕获的预测是最近实验观察的第一个解释[Barry $\textit{et al}$。（2015）]。我们…
2019-06-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wall entrapment of peritrichous bacteria: A mesoscale hydrodynamics simulation study
微泳者如E.大肠杆菌积累，并表现出一个有趣的动力学附近的墙壁，由流体动力学和空间相互作用。深入了解潜在的机制和主要的相互作用需要一个详细的表征的诱捕过程。我们采用中尺度流体力学模拟方法研究了E.大肠杆菌型细胞在一个不滑壁。该细胞由具有几个明确的螺旋鞭毛的球形圆柱体模拟。捕获过程的三个阶段可以区分为：接近政权，其中一个细胞游泳对一个几乎直的轨迹上的墙壁;散射政权，其中细胞接触墙壁，与重新定向;和表面游泳政权。我们的模拟结果表明，空间相互作用可能占主导地位的捕获过程中，然而，流体动力学的相互作用减缓吸附动力学靠近边界，并意味着在墙上的圆周运动。细胞运动的特征是强烈的摆动动力学，细胞优先指向细胞壁。
2020-07-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lattice-Boltzmann Simulations of Microswimmer-Tracer Interactions
流体动力学的相互作用，在系统中的自推进粒子，如游泳的微生物，和被动示踪剂有显着影响的示踪剂动力学相比，相当于“干”的样品。然而，由于其计算成本，这种相互作用通常难以在模拟中考虑。在这里，我们使用基于有效的力/反力的晶格-玻尔兹曼（LB）算法[J. de Graaf~ \textit{et al.}，J. Chem. Phys.~ \textbf{144}，134106（2016）]，以验证其捕获相关低雷诺数物理的能力。我们表明，LB算法再现远场的理论结果以及，无论是在一个系统中的周期性边界条件和在一个球形腔无滑壁，我们在这里推导出表达式。LB算法的力-晶格耦合导致流场的“涂抹”，这强烈地干扰了示踪剂轨迹在密切的游泳者示踪剂分离，我们分析了如何使用一个简单的重整化流体动力学理论可以准确地捕捉到这种效果。最后，我们表明，使用LB算法来模拟系统的自推进粒子时，必须小心，因为其有限的动量传输时间可能会导致显着偏离理论预测的基础上斯托克斯流。这些见解应证明相关的未来研究的大规模microswimmer悬浮液使用这些方法。
2017-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
How to capture active particles
对于许多应用，重要的是以受控的方式捕获自主导航的微生物和人造微泳者的集合。在这里，我们提出了一个有效的陷阱，集体捕捉自推进的胶体棒。通过二维计算机模拟，我们表明，一个静态的人字形壁代表一个捕获装置的最佳边界。它的捕捉效率可以通过改变捕捉器的开口角度来调节。对于增加的角度，有一个序列的三个紧急状态对应的部分，完全，和没有陷阱。捕获“相图”描绘出捕获条件，在该条件下，以给定密度捕获自推进粒子是最佳的。
2012-02-01 cond-mat.soft
Instability and self-propulsion of active droplets along a wall
活性液滴可以在粘性流中自发游动，这是由于Marangoni和/或由该溶质的不均匀分布产生的泳动流在其表面产生的化学溶质的非线性对流传输，只要对流与扩散溶质传输的比率或Péclet数$\mbox{Pe}$足够大。由于它们的净浮力，活性液滴通常在距刚性边界小的有限距离$d$处演化。然而，现有的模型系统地集中在无界流动，忽略了壁面接近的效果上的推进机制的非线性的本质。与此相反，我们在这里获得一个关键的洞察力，通过分析他们的稳定性，非轴对称扰动和由此产生的自推进沿壁的壁距离$d$上没有限制的假设。根据$d$和$\mbox{Pe}$识别偶极或四极轴对称（悬浮）基态。也许与直觉相反，观察到下降壁分离$d$的减少使这些模式不稳定并促进自推进，这是由于驱动运动的化学梯度的限制诱导的局部化。此外，四极状态是更不稳定的，比他们的偶极同行由于再分配的化学扰动的基流，有利于出现更强的滑移强迫的下降表面。
2021-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Electrotaxis of self-propelling artificial swimmers in microchannels
本文研究活性液滴在微通道中的趋电行为，结合实验与流体动力学模型揭示电场、电泳及壁面作用如何诱导U形转弯和逆流轨迹转变。
2024-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Auto-electrophoresis in non-Newtonian media: interaction of rheology and electrocatalytic parameters
生物友好的合成自泳游泳者的可能应用的最新发现，促使研究人员在调查各种运动产生机制，以优化相同的操作特性。在本文中，我们模拟了非牛顿介质中的金铂球泳子的自电泳运动。鉴于许多生物流体严格遵循广义牛顿流变学的事实，周围游动介质的流变学被认为遵循Carreau-Yasuda粘度模型。进一步捕捉实验观察到的过氧化氢浓度和反馈产生的质子浓度对表面阳离子通量的影响，我们将一个米氏-Menten表面反应动力学。电催化效率被定义为一个相当于被动拖曳颗粒的游泳成本和通过表面反应输入的化学能之间的比率，被用来评估的流变参数对游泳者的性能的影响。结果表明，周围流体的剪切变稀和剪切增稠性质导致的游泳者速度的增加和减少，分别。然而，剪切稀化效应的增加并不总是保证微型游泳器的有效操作。粒子速度与粒子上的阻力减小之间的竞争决定了推进效率是否会随着幂律指数的变化而相对增大或衰减。我们进一步报告的存在性最大效率点的一些特定范围内的Weissenberg数和最佳的幂律指数。此外，这种最佳操作条件的行为强烈依赖于流变学和电催化参数之间的非平凡和高度耦合的相互作用。
2018-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shape-dependent guidance of active Janus particles by chemically patterned surfaces
自泳Janus粒子通过诱导-通过在其表面上发生的非平衡化学反应-改变它们浸入其中的溶液的化学成分来移动。这个过程导致沿着颗粒表面的化学成分梯度，以及沿着任何附近的边界，包括固体壁。沿壁的化学梯度可引起化学渗透，即，梯度驱动表面流动，表面流动又驱动溶液体积中的流动。这种整体流动耦合回颗粒，从而有助于其自我运动。由于化学渗透强烈地依赖于扩散分子种类和壁之间的分子相互作用，由颗粒诱导和经历的响应流编码关于壁的任何化学图案化的信息。在这里，我们扩展了以前的研究在一个化学图案化的墙壁附近的球的自泳的情况下，细长形状的颗粒。我们集中我们的分析可能出现的新的现象学的耦合-这是一个球形的细长颗粒的化学渗透流的应变率张量。通过数值计算，我们表明，一个棒状粒子的动力学表现出一种新的“边跟踪”的稳态：粒子平移沿化学步骤的边缘在一个稳定的距离的步骤，并具有稳定的取向。在一定的系统参数范围内，边缘跟随状态与“停靠”状态共存（粒子在台阶处停止，定向为垂直于台阶边缘），即，一个不稳定的动态发生。这些研究结果是合理化的结果之间的竞争的流体涡度和应变率通过使用分析理论的基础上捕获准定量的动态系统的点粒子近似。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
