在液体中爬行

三维运动细菌浴中非游泳者的增强扩散

Enhanced diffusion of nonswimmers in a three-dimensional bath of motile bacteria

我们表明，使用微分动态显微镜，在三维（3D）人口的运动E。大肠杆菌中的活性增加量与活性细胞通量成正比。虽然非能动的突变体没有鞭毛和突变体与瘫痪的鞭毛有相当不同的热扩散率，因此流体动力学半径，它们的扩散率提高到相同程度的游泳者在这里探索的细胞密度的制度。整合的平流运动的非游泳者所造成的游泳者与有限的持续时间长度的轨迹预测我们的意见在2%以内，表明流体夹带是不相关的扩散增强在3D。

多价囊泡沿配体密度梯度的趋化爬行

Chemotactic crawling of multivalent vesicles along ligand-density gradients

本研究设计基于脂质囊泡的人工细胞模型，通过DNA连接子实现多价黏附，实验与理论模型揭示运动方向性受结合强度和囊泡大小影响，为趋化性黏附生物物理及仿生运动系统提供设计规则。

非运动微生物通过代谢浮力实现爆炸性扩散

Explosive dispersal of non-motile microbes through metabolic buoyancy

非运动微生物通过代谢浮力驱动对流实现细胞团块的爆炸性扩散，形成分形图案并增强代谢活性。

一个最小的物理模型捕捉爬行细胞的形状

A minimal physical model captures the shapes of crawling cells

高等生物（真核生物）中的细胞运动对于从伤口愈合到免疫反应的生物功能至关重要，并且还与癌症等疾病有关。对于在硬表面上爬行的细胞，从体外复制这种运动的实验中已经获得了对运动性的重要见解。这些实验表明，爬行是利用肌动蛋白的聚合作用和肌球蛋白诱导的压力（收缩力）的结合，肌动蛋白的聚合作用推动细胞的前部向前移动，肌球蛋白诱导的压力使后部缩回。在这里，我们提出了一个简化的爬行细胞的物理模型，包括一个小滴的活性极性流体与收缩性的整个，但连接到一个薄层附近的支持壁的cross-milling。该模型显示了各种形状和/或运动制度，一些非常相似的情况下看到实验。我们的工作有力地支持了这样的观点，即细胞运动利用自主的物理机制，其操作不需要持续的调节努力。

E.鞭毛束的压缩和缠结。大肠杆菌：运动细胞体的作用

Zipping and Entanglement in Flagellar Bundle of E. Coli: Role of Motile Cell Body

围毛细菌如E.大肠杆菌的生长关键取决于几个旋转鞭毛的同步化和自组织水平。然而，每个鞭毛的旋转产生相反的身体运动，这反过来又影响鞭毛动力学。利用E.大肠杆菌，我们表明，鞭毛纠缠，除了流体流动相对于移动的身体，显着改变鞭毛的动态相比，锚定鞭毛。特别是，束形成发生通过拉链运动在一个非常快的时间，受初始鞭毛取向。一个简化的分析模型支持我们的观察。最后，我们说明了如何纠缠，流体动力学相互作用和身体运动有助于拉链和捆绑。

水动力线索的生态记忆影响运动微organisms的生长和迁移

Ecological memory of hydrodynamic cues shapes growth and migration of motile microorganisms

研究探讨了水动力线索对运动微生物生长和迁移的影响，揭示了流体历史如何塑造其未来行为。

viscous fluid的活性物质侵入：不稳定片和无流定理

Active matter invasion of a viscous fluid: unstable sheets and a no-flow theorem

我们研究了流体动力学相互作用的运动或不运动的应力产生的游泳者或颗粒的稀悬浮液的动力学，因为它们侵入周围的粘性流体。对齐的推杆颗粒的殖民地被示出为在颗粒取向的方向上伸长，并经历横向浓度不稳定性的级联，在小的时间由一个方程，该方程还描述了在一个海勒-肖细胞的Saffman-Taylor不稳定性，或Rayleigh-Taylor不稳定性在通过多孔介质的二维流动。对齐的推动颗粒的薄片总是不稳定的，而对齐的拉动颗粒的薄片可以是稳定的（不动颗粒），或者是不稳定的（运动颗粒），其生长速率在力偶极强度中是非单调的。我们还证明了一个令人惊讶的“无流定理”：一个分布最初各向同性的方向立即失去各向同性，但在这样一种方式，导致没有流体流动的所有地方和所有的时间。

推进型细菌周围的界面流动

Interfacial flow around a pusher bacterium

该研究针对流体界面上细菌动力学认知不足的问题，分析铜绿假单胞菌PA01推进模式下的界面流场，发现两种偶极流体模式及其平衡与细菌界面构型的关系，为相关自然研究和仿生游动设计提供参考。

细菌流体动力学

Bacterial hydrodynamics

细菌比植物和动物早了数十亿年。今天，它们是世界上最小的细胞，但它们代表了世界上大部分的生物量，也是高等生物的主要营养库。大多数细菌可以自行移动，大多数能动的细菌能够使用称为鞭毛的细长螺旋状附属物在粘性液体中游泳。低雷诺数流体动力学是鞭毛在微米尺度上产生推进力的能力的核心。事实上，流体动力影响细菌学的许多方面，从细胞重新定向和搜索周围环境的能力到它们在机械和化学复杂环境中的相互作用。使用流体力学作为一个组织框架，我们回顾细菌运动的生物力学，并展望未来的挑战。

获得形状和游泳：真核细胞中皮质力和膜异质性的作用

Getting in shape and swimming: the role of cortical forces and membrane heterogeneity in eukaryotic cells

最近的研究表明，运动细胞可以使其推进模式适应它们所处环境的机械特性-在某些环境中爬行，而在其他环境中游泳。后者可能涉及通过起泡或其他周期性形状变化的运动，这些模式的高度简化和更真实的模型先前已经研究过。在这里，我们研究的游泳，是由膜张力梯度，产生流动的肌动蛋白皮质下的膜，并不涉及强加的周期性形状变化。这样的梯度可以导致一些不同的特征细胞的形状，我们的第一个目标是了解不同分布的膜张力如何影响细胞的形状在一个无粘静止流体。然后，我们分析了其他膜特性的空间变化的影响，以及它们如何与张力梯度相互作用以确定形状。我们还研究了流体-细胞相互作用的影响，并显示张力如何导致细胞运动，张力梯度和可变弯曲模量之间的平衡如何确定运动的形状和方向，以及运动的效率如何取决于流体的性质和膜中张力和弯曲模量的分布。

Alignment interactions drive structural transitions in biological tissues

Experimental evidence shows that there is a feedback between cell shape and cell motion. How this feedback impacts the collective behavior of dense cell monolayers remains an open question. We investigate the effect of a feedback that tends to align the cell crawling direction with cell elongation in a biological tissue model. We find that the alignment interaction promotes nematic patterns in the fluid phase that eventually undergo a non-equilibrium phase transition into a quasi-hexagonal solid. Meanwhile, highly asymmetric cells do not undergo the liquid-to-solid transition for any value of …

游泳细菌产生的流体流动驱动了受限悬浮液中的自组织

Fluid Flows Created by Swimming Bacteria Drive Self-Organization in Confined Suspensions

已知游动微生物和其他形式的活性物质的浓缩悬浮液在比单个能动单元大的尺度上显示复杂的、自组织的时空模式。尽管进行了深入的实验和理论研究，但仍不清楚游泳细胞产生的流体动力学流动（而不是它们之间的纯粹空间相互作用）在多大程度上驱动了自组织。本文利用最近发现的\textit{B. subtilis}受限悬浮液中的螺旋涡态来详细研究这一问题。这些实验表明，如果薄圆柱形腔室中的约束半径低于临界值，则悬浮液将自发地形成由反向旋转的细胞边界层包围的稳定的单涡旋状态，其中涡旋内具有螺旋细胞取向。然而，螺旋漩涡中鞭毛的方向以及细胞的游动方向还不清楚。在这里，使用一个快速的模拟方法，捕捉定向细胞和细胞流体相互作用的离散颗粒系统的极小模型，我们预测的惊人的，违反直觉的结果，在集体产生的流体运动的存在下，螺旋涡流内的细胞实际上游泳上游对这些流量。这是证实了新的实验报告在这里，其中包括测量鞭毛束的方向和细胞跟踪的自组织状态。这些结果突出了微生物浓缩悬浮液中细胞取向和流体动力学流动之间的复杂相互作用。

最适弹性鞭毛

The optimal elastic flagellum

能动的真核细胞在粘性液体中通过鞭毛传递弯曲变形波来推动自己。一个无限长的鞭毛实现流体动力学最佳的低雷诺数运动时，其本地切线和游泳方向之间的角度保持恒定沿其长度。因此，最适鞭毛在三维中采用螺旋形（光滑），在二维中采用螺旋形（不光滑）。从物理上讲，生物有机体（或工程微型游泳者）必须消耗内能，以产生负责运动的变形波。在这里，我们提出了一个物理动机的最佳鞭毛形状的推导。我们确定的鞭毛波的形状，导致最快的游泳，同时最大限度地减少了适当定义的能量消耗的分析和数值。我们的新方法是定义一种能量，它不仅包括对周围流体的功，而且包括（1）在鞭毛弯曲时弹性储存的能量，（2）在负责产生弯曲波（微管）的聚合物细丝的内部滑动中弹性储存的能量，以及（3）由于内部流体的存在而产生的粘性耗散。这种方法以流体动力学效率的小损失为代价，正则化了二维变形的最佳形状。有限大小的鞭毛的最佳波形取决于旋转运动和弯曲成本之间的竞争，我们观察到一个令人惊讶的偏向半整数波数。它们的最终流体动力学效率高于6%，显著大于游泳细胞的流体动力学效率，因此表明进一步生物调谐的可用空间。