Unbinding Transition Induced by Osmotic Pressure in Relation to Unilamellar Vesicle Formation
采用小角X射线散射和相差显微镜技术研究了渗透压对二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）/水/碘化钠体系中囊泡形成的影响。当纯脂质膜与碘化钠水溶液水合时，形成多层囊泡。另一方面，当与足够量的NaI混合的脂质膜水合时，形成单层囊泡（ULV）。为了确认NaI对渗透压的影响，进行了自由能计算。这一结果表明，渗透压诱导的水化过程中，这导致在ULV形成的非结合转变。
2006-07-26 cond-mat.soft
Elasticity of polymer vesicles by osmotic pressure: an intermediate theory between fluid membranes and solid shells
通过标度分析得到了曲面内聚合物的熵和由聚合物组成的膜的弹性自由能。发现薄膜的弹性自由能具有面内应变能加上Helfrich曲率能的形式[Z。自然的。C \textbf{28}，693（1973）]。通过讨论两种简化模型得到自由能中的弹性常数：一种是没有面内应变且两侧不对称的聚合物膜，它是曲面量子力学的对应物[Jensen和Koppe，Ann. Phys. \textbf{63}，586（1971）];另一种是具有均匀面内应变的平面橡胶膜。采用包含弹性自由能、表面张力能和渗透压诱导项的总自由能的一阶变分，导出了描述渗透压作用下聚合物囊泡平衡形状和面内应变的方程。通过对总自由能的二阶变分求出了球形高分子囊泡失稳的临界压力。研究发现，由于面内模态与面外模态耦合，面内模态对临界压力也有重要影响。理论结果表明，聚合物囊泡具有流体膜和固体壳之间的机械性能的中间。
2005-08-18 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
Anisotropic swim stress in active matter with nematic order
活性布朗颗粒（ABP）将游动压力$Π^{swim}=nζD^{swim}$传递到容器边界，其中$ζ$是阻力系数，$D^{swim}$是游动扩散率，并且$n$是远离容器壁的均匀堆积数密度。在这项工作中，我们扩展的各向同性游泳压力的概念，各向异性张量游泳应力$\mathbfσ^{swim} = - n ζ\mathbf{D}^{swim}$，这是相关的各向异性游泳扩散系数$\mathbf{D}^{swim}$。我们证明了这种关系，通过大量的外部领域实现的ABPs的取向顺序。在2D和3D系统中的稀释ABPs的各向异性游泳应力得到解析，和各向异性的增长与外场的强度呈指数关系。我们验证了各向异性游动应力的法向分量在具有法向矢量$\mathbf{n}$的壁上施加压力$Π^{swim}=-(\mathbfσ^{swim}\cdot\mathbf{n})\cdot\mathbf{n}$，并且，通过布朗动力学模拟，该压力被示出为由活性颗粒传递的每单位面积的力。由于ABPs与壁没有摩擦力，法向和切向应力分量之间的差异--法向应力差--产生ABPs沿壁的净流动，这是活性物质系统的一般性质。
2018-03-06 cond-mat.soft
Vesicles as osmotically stressed capsules
在生物学和脂质体技术中，囊泡被用于携带生化物质。由于具有不同的内部和外部组成的透水性，它们必然处于渗透应力下。最近的研究已经强调了不同的热力学行为的囊泡相比，受到流体静压力的囊泡，如前所述。通过它们的不同行为，人们可以获得影响囊泡渗透溶胀的参数，如溶质分子的膜渗透系数。
2012-10-09 cond-mat.soft
Active elastohydrodynamics of vesicles in narrow, blind constrictions
在许多生物和工程应用中，囊泡通过狭窄收缩的流体阻力限制运输是一个反复出现的主题。受电机驱动的运动到封闭的神经元树突棘的软膜结合囊泡，在这里，我们研究这个问题，使用被动的三维模拟和简化的半解析理论相结合的囊泡，迫使通过这种收缩由分子马达的主动运输。我们表明，这些对象的运动的特点是由两个无量纲的数量有关的几何形状和强迫相对于囊泡弹性的强度。我们使用数值模拟来表征通过通道中的收缩由流体压力迫使的囊泡的渡越时间，并且发现相对于开放通道，运输到盲端导致形成有效的润滑层，其强烈地阻碍运动。当流体压力迫使补充的力量，由于分子马达，负责囊泡贩运到树突棘，我们发现，电机之间的竞争迫使和流体阻力的结果在多稳态动力学让人想起真实的系统。我们的研究强调了非局部流体动力学效应在确定收缩的几何形状中的囊泡运输动力学中的作用。
2017-12-06 cond-mat.soft
Vesicle dynamics in confined steady and harmonically modulated Poiseuille flows
我们提出了一个数值研究的时间依赖性运动的二维囊泡在一个通道下施加流。如过去所报道的，在Poiffille流中，囊泡的形状取决于流动强度、膜的机械性质和通道的宽度。这项研究的重点是中心蛇形（CSn）的形状，其中的囊泡显示振荡运动像一个游泳的鞭毛，即使流动是静止的。我们量化这种行为的振幅和频率的振荡囊泡的质心。我们观察参数空间中的区域，在那里的CSn与降落伞或无约束拖鞋共存。施加的流动的振幅调制的动态和形状的蛇形囊泡的影响也进行了研究。对于大的调制幅度过渡到静态形状进行观察。较小的调制幅度诱导蛇形囊泡的质心的幅度和频率的调制。在一定的参数范围内，我们发现，质心振荡与一个恒定的包络线，表明存在至少两个稳定的状态。
2018-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pressure exerted by a vesicle on a surface
最近的几项工作考虑了模型聚合物施加在壁面上的压力。我们将这种考虑扩展到附着在壁上的囊泡，因此包括渗透压。我们这样做，考虑一个二维的有向模型，即面积加权戴克路径。毫不奇怪，囊泡对囊壁施加的压力取决于囊泡内部的渗透压，尤其是渗透压的符号。在这里，我们讨论了这种压力在不同的制度，特别注意正负渗透压之间的交叉缩放。在我们的定向模型中，存在一个潜在的艾里函数标度形式，从中我们提取的体积压力对小渗透压的依赖性。
2013-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Kinetics of motility-induced phase separation and swim pressure
活性布朗粒子（ABPs）是一种活性物质的极小模型，它由具有纯排斥相互作用和旋转噪声的自推进球体组成。在这里，我们研究的压力ABPs在两个封闭的盒子和系统的二维周期性边界条件，并表明其密度的非单调行为是一个强大的功能，独立于系统的大小。我们相关的平均压力的时间演变对它的稳态值与动力学诱导相分离。对于相分离的稳定状态对应的参数值，我们确定两个动力学制度。在快速团簇形成的初始阶段，压力随时间单调增长，超过其稳定状态值，然后迅速放松到它，并在随后的较慢的团簇合并和粗化期间保持恒定。超调量是主动系统的一个显著特征。
2016-12-13 cond-mat.soft
Critical swelling of particle-encapsulating vesicles
我们考虑一个普遍存在的情况下，一个波动，半渗透性囊泡嵌入在溶液中，同时封闭固定数量的溶质颗粒。随着颗粒数量的增加或外部溶液浓度的降低，溶胀表现出从波动状态到最大体积构型的连续相变，由此建立起可观的压差和表面张力。这种临界性是包裹颗粒的囊泡所独有的，其体积和内部压力都会波动。这意味着这种囊泡在接近其极限体积和渗透溶解时具有普遍的溶胀行为。
2008-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The curved kinetic boundary layer of active matter
游泳者有限的再定向时间导致有限的运行长度$\ell$和非穿透壁上微观长度尺度$δ$上的动力学积累边界层。该边界层是游泳压力的微观来源，并受到边界几何形状的影响[Yan \& Brady，\textit{J. Fluid. Mech.}，2015，\textbf{785}，R1]。在这项工作中，我们扩展的分析，解析地解决了边界层上的任意形状的身体扭曲的局部平均曲率。该解决方案给出了游泳压力分布和总的力（扭矩）的任意形状的身体沉浸在游泳者，一般缩放的曲率效应$Π^{swim}\simλδ^2/L$。
2017-11-04 cond-mat.soft
Pressure-dependent adhesion between solid-supported PC-lipid bilayers and vesicles under electric fields
该研究直接测量电场中固体支撑 DMPC 与 DSPC 脂质层间的黏附能，发现其具有显著压力依赖性，并归因于融合中间体，为膜电融合机制提供新解释。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Osmotically Induced Shape Changes in Membrane Vesicles
Kansas State University（堪萨斯州立大学）；NewOrbit Space Ltd（NewOrbit空间有限公司）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Kaplan International College（凯伦国际学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
研究通过自洽自由能框架探讨膜泡形状和渗透压的协同确定机制，揭示非线性耦合对球形膜稳定性条件的影响，提出新的临界压力预测方法。
2026-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Shape transition and hydrodynamics of vesicles in tube flow
采用轴对称边界元方法，数值研究了低雷诺数压力驱动流场中双层脂质囊泡在圆管中的定常运动和变形。这种流体-结构相互作用问题由三个无量纲参数确定：减少的体积（囊泡非球面性的量度）、几何约束（囊泡有效半径与管半径的比率）和毛细管数（粘性力与弯曲力的比率）。囊泡的物理限制-固定的表面积和封闭的体积，当它被限制在一个管-确定临界限制，超过它不能通过而不破裂其膜。模拟结果以不同限制程度的大范围缩小体积[0.6，0.98]呈现;缩小体积0.6模拟红细胞。我们绘制了一个相图的囊泡形状，并提出了一个形状过渡线分离的降落伞状的形状区域从子弹状的减少体积与限制相空间。我们发现，形状的转变标志着囊泡流动性的行为的变化，特别是对于高度放气的囊泡。最重要的是，高分辨率的模拟使我们有可能检查壁边界和囊泡表面之间的流体动力学相互作用的条件下，非常高的限制，从而提供了限制行为的几个数量的利益，如润滑膜的厚度，囊泡的流动性和它的长度，以及额外的压力降由于囊泡的存在。这种额外的压力降对稀囊泡悬浮液的流变学具有影响。此外，我们提出了各种相关性，并讨论了一些实际应用。
2020-03-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Adhesion Mediated by Competition of Ligand-Receptor Binding Against the Lateral Osmotic Pressure of Mobile Repellers
最近开发了一个模型系统来研究粘附。它由一个巨大的脂质双层囊泡与重建的脂聚合物（排斥），以及与脂配体识别的受体覆盖基板。从理论上研究了该体系的粘附性。弱粘附状态是由膜与基底之间的引力竞争和波动排斥所决定的。紧密粘附的状态是由配体-受体结合和移动排斥分子的横向渗透压的竞争形成的。由于囊泡参数的离散性，在相图上弱粘附区和紧粘附区被一个过渡区分隔开。
2004-08-25 cond-mat.soft
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
Thermal fluctuations and osmotic stability of lipid vesicles
生物膜不断改变其形状，以响应外部刺激，并了解在异质环境中的囊泡的重塑和稳定性，因此是一系列细胞过程的根本重要性。一个关键的问题是囊泡如何响应外部渗透应力，所施加的囊泡内部和外部之间的溶质浓度的差异。以前的分析的膜弯曲能预测，微米级的巨型单层囊泡（GUV）应该成为全球变形已经为纳摩尔浓度差异，在实验结果中发现变形高得多的渗透应力。在这篇文章中，我们分析了机械稳定性的球形囊泡暴露于外部渗透压的热力学力学模型，包括热激发膜弯曲模式的影响。我们发现，包括热波动的囊泡形状的变化，使囊泡变形连续，在非热图片的突然过渡。然而，至关重要的是，预测的临界压力与全球囊泡变形保持相同的热波动被忽略时，大约六个数量级小于典型的崩溃压力最近实验观察到的GUV。最后，我们讨论了理论和实验之间持续不和谐的可能来源。
2022-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Universality in the dynamics of vesicle translocation through a hole
本研究分析了压差驱动下球形囊泡通过小孔的转位过程，发现其存在独立于膜弹性细节的普适特性，包括临界压力、标度关系及转位时间发散规律。
2022-10-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rotational dynamics of bound pairs of bacteria-induced membrane tubes
本文研究了游动大肠杆菌在巨型单层囊泡中诱导膜管形成的现象，发现细菌推力产生的长寿命膜管可形成稳定的束缚对并相互绕转，其稳定性由曲率介导的相互作用和鞭毛旋转产生的涡度共同维持。
2025-09-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Stationary shapes of axisymmetric vesicles beyond lowest-energy configurations
本文在Helfrich模型框架内通过最小化弹性能探索囊泡形态的能量景观，发现受压囊泡可呈现需极点施加点力的高能纺锤状构型，并在内部压力较低时预测多叶形状，合理解释了均匀AC场中实验观察到的大囊泡纺锤形状。
2023-11-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Distribution and pressure of active Lévy swimmers under confinement
已知许多活性物质系统在迁移或觅食时会进行Lévy行走。这种超扩散传输表明长程相关动力学。这些行为模式已经在微流体实验中观察到微游泳者，如细菌，其中高斯噪声假设不足以解释数据。我们引入\textit{active Lévy swimmers}来模拟这种行为。重点是理想的游泳者，只与墙壁相互作用，但不相互作用，这简化为经典的Lévy步行模型，但现在受到限制。我们研究的密度分布在通道和力施加在墙上的Lévy游泳者，其中的边界需要适当的显式处理。我们通过一组耦合动力学方程和游泳运动员的随机轨迹来分析更强的限制。以往的文献表明，幂律标度在自由空间的多尺度分析的分数扩散方程的结果。我们表明，在一个通道中，在弱限制主动Lévy游泳者由修改后的Riesz分数导数。利用最近的分数通量的结果，我们推导出稳态溶液的体积密度分布的活跃的Lévy游泳者在一个通道，并证明这些解决方案与粒子模拟吻合得很好。的配置文件是不均匀的，在整个域，在相反的常数在散装配置文件的活性布朗和运行和翻滚粒子。我们的理论提供了一个数学框架下的限制与滑动无通量边界条件下的Lévy行走，并提供了一个基础，相互作用的积极Lévy游泳运动员的研究。
2021-05-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
On the distribution and swim pressure of run-and-tumble particles in confinement
本文从理论上计算了非布朗运动的球形自由泳运动员在两平面硬壁之间的稀主动悬浮液中的空间和取向分布。使用动力学模型的基础上耦合散装/表面概率密度函数，我们证明了存在的浓度壁边界层与运行长度的厚度缩放，在整个通道的偏振的情况下，和存在尖锐的不连续性的散装取向分布在附近的取向平行于壁在近壁区域。我们的模型也适用于计算系统中的游泳压力，这接近以前提出的理想气体行为在宽通道，但被发现减少在狭窄的通道作为限制的结果。蒙特卡罗模拟也进行了验证，并显示出良好的定量与我们的理论预测。
2015-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Laplace pressure as a surface stress in fluid vesicles
考虑一个表面，封闭一个固定的体积，由一个自由能描述，只取决于局部几何形状;例如，在平均曲率中的二次Canham-Helfrich能量描述了一个流体膜。表面上任何一点的应力完全由几何形状决定。在平衡状态下，它的发散与拉普拉斯压力成正比，垂直于表面，保持对体积的约束。结果表明，这个源本身可以表示为一个位置依赖的表面应力的发散。因此，平衡可以用守恒的“有效”表面应力来描述。各种非平凡的几何后果，这种识别进行了探讨。在圆柱形几何形状中，横截面可以被视为闭合的平面欧拉弹性曲线。对于一个适当的中心，有效应力本身为零;这就提供了曲率和沿环的位置之间非常简单的关系。在两个或更高的维度，它表明，唯一的几何形状与消失的有效应力是球形的。有人认为，循环结果的适当推广将涉及“零”应力。
2006-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Hydrodynamics of Multicomponent Vesicles Under Strong Confinement
本文数值模拟强约束下多组分囊泡的流体与膜动力学，提出正定性弯曲模量参数化，并揭示狭窄段和收缩通道中脂质相分离、粗化抑制及释放后快速演化规律。
2023-08-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Renormalized mechanics and stochastic thermodynamics of growing vesicles
The James Franck Institute, University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所）；Department of Chemistry, University of Chicago（芝加哥大学化学系）；Engineering Sciences and Applied Mathematics, Northwestern University（西北大学工程科学与应用数学系）
本研究针对生物膜非平衡动力学问题，通过理论与计算探究柔性准球形生长囊泡的行为，发现非平衡驱动重整膜力学性质引发形态转变，并提出可描述远平衡区生长的最简生长-形状定律。
2025-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Density and Polarization of Active Brownian Particles in Curved Activity Landscapes
具有空间依赖性活动的能动活性粒子的悬浮液形成特征偏振和密度图案。最近的单粒子研究平面活动景观确定了几个数量与紧急密度极化模式，包括游泳压力，这是完全由散装变量，从而构成态函数。我们表明，对于径向对称的活动步骤，这些变量取决于主动-被动接口的曲率。在总极化和游泳压力的特定情况下，我们推广了这一结果的任意径向对称的活动景观。我们的精确以及近似的分析结果同意精确的数值计算。我们期望定性相同的结果，以保持任意弯曲的活动景观。
2021-05-03 cond-mat.soft
Active fluids at circular boundaries: Swim pressure and anomalous droplet ripening
研究了非手征粒子和手征粒子在凸、凹圆形边界上的游动压力。主动粒子被建模为非相互作用和非对齐的自推进布朗粒子。凸圆形边界和凹圆形边界分别被用作表示浸入活性浴中的固定夹杂物和包围活性颗粒的腔（或容器）的模型。我们首先提出了一个详细的分析的作用，凸与凹的边界曲率和手性的活性粒子对它们的空间分布，手性感应电流，和他们施加在边界表面上的游泳压力。然后将结果用于预测本体中的悬浮流体外壳（一般称为“液滴”）的机械平衡，其中活性颗粒存在于本体流体内部或悬浮液滴内部。我们发现，虽然液滴含有活性颗粒和悬浮在一个正常的散装行为按照标准的毛细管范例，那些含有正常流体表现出异常行为时，悬浮在一个活跃的散装。在后一种情况下，多余的游泳压力的结果在非单调依赖的内部液滴的压力上的液滴半径。因此，我们发现一个制度的异常毛细作用的一个单一的液滴，其中内部液滴压力增加时，增加液滴的大小。在两个相互连接的液滴的情况下，我们表明，机械平衡也可以发生时，他们有不同的大小。我们进一步确定了一个制度的异常成熟，其中两个大小不等的液滴可以达到最终状态的大小相等的互连后，在与标准的奥斯特瓦尔德成熟现象形成鲜明对比，这意味着收缩的较小的液滴有利于较大的。
2018-02-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Speed-quality tradeoff in a physical model of molecular sorting
University of Graz（格拉茨大学）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Italian Institute for Genomic Medicine (IIGM)（意大利基因组医学研究所）；Candiolo Cancer Institute IRCCS（坎迪奥洛癌症研究所）
本研究扩展分子分选的统计物理框架纳入动态膜行为，确定了囊泡分裂与高效分选的参数区域，发现分子蒸馏的速度-质量权衡，提出以负熵产生率最大化平衡该权衡的准则。
2026-09-07 cond-mat.soft
Construction of nuclear envelope shape by a high-genus vesicle with pore-size constraint
核孔在大多数活细胞的核膜中具有近似均匀的分布。因此，核膜的形态是一个高属的球形口细胞。我们已经研究了高属囊泡的形态下的孔径限制使用动态三角形膜模拟。没有体积或其他限制的弯曲能量最小化产生圆形笼状气孔细胞，其中孔在扁圆形芽上排列成圆形线。随着孔半径减小，圆形孔排列比球形芽上的随机孔分布更稳定。然而，我们已经澄清了球形气孔细胞形成的条件：一个小的核周体积，核质内的渗透压，和孔之间的排斥。当考虑到面积差异弹性时，发现由口细胞和盘状口细胞形成圆柱形或芽生小管。
2016-07-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
The force on a body in active matter
本文提出一个一般理论，将被动布朗胶体的受力描述扩展到自驱动活性粒子，揭示游泳压力的涌现机制，并用于预测活性物质中任意尺寸物体的受力与运动。
2015-10-27 cond-mat.soft
Encapsulation of DNA by cationic diblock copolymer vesicles
用相差显微镜、偏振光显微镜、荧光显微镜和扫描电镜研究了阳离子二嵌段共聚物聚（丁二烯-b-N-甲基4-乙烯基吡啶）[PBd-b-P4 VPQ]对dsDNA片段（轮廓长度54 nm）的包封。用单乳液技术实现包封。为此，将DNA水溶液在有机溶剂（甲苯）中乳化并通过两亲性二嵌段共聚物稳定。PBd嵌段形成界面刷，而阳离子P4 VPQ嵌段与DNA复合。有机溶剂的质量的随后变化导致PBd刷的塌陷和胶囊的形成。在胶囊内，DNA被压缩，如交叉偏振器下的双折射纹理的外观和标记的DNA的荧光强度的增加所示。胶囊也可以分散在水性介质中以形成囊泡，条件是它们在外相中用渗透剂（聚乙二醇）稳定。结果表明，一旦渗透压下降到105 N/m2以下或如果支持介质的离子强度超过0.1 M，DNA就从囊泡中释放出来。该方法也已被证明是有效的封装pUC 18质粒在亚微米大小的囊泡和该方法的普遍适用性已被证明通过制备的电荷反转系统：阳离子聚（乙烯亚胺）封装的阴离子二嵌段聚（苯乙烯-b-丙烯酸）。
2004-10-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Pressure in active matter
本综述探讨了活性物质中压力的微观起源及其非平衡特性，分析了活性布朗粒子模型下压力作为状态函数的条件，并揭示了密度依赖速度、扭矩等因素导致状态方程失效的机制。
2025-08-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic interactions destroy motility-induced phase separation in active suspensions
该研究结合理论与大规模Active Fast Stokesian Dynamics模拟，证明squirmer悬浮液中的碰撞诱导力偶极子通过旋转和平移流体动力学相互作用抑制MIPS，并提出用刷状涂层恢复相分离。
2025-09-30 cond-mat.soft
The carnivorous plant Genlisea harnesses active particle dynamics to prey on microfauna
本研究通过实验和模拟揭示狸藻属植物利用活性粒子物理整流细菌游动，建立局部细菌流并借助碳源梯度吸引微型动物，实现高效捕食。
2023-10-12 cond-mat.soft q-bio.QM
Transport of a dilute active suspension in pressure-driven channel flow
本文通过动力学模型研究压力驱动通道流中稀活性悬浮液的受限输运行为，揭示壁面聚集源于运动学效应，并推导出逆流游动速度的解析表达式。
2015-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Morphodynamics of lipid vesicles under osmotic forcing
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
该研究通过连续介质模拟揭示渗透压驱动脂质囊泡经历屈曲、平滑和折叠三阶段演化，并预测了屈曲与折叠时间标度，阐明了膜塌缩与内陷的物理机制。
2026-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Phase coexistence of active Brownian particles
我们研究运动诱导的相分离的活性布朗粒子，这是建模为纯粹的排斥球，由于一个恒定的游泳力与自由扩散的方向移动。本文在幂函数概念的基础上发展了非平衡相共存和界面结构的分析理论。理论预测验证布朗动力学计算机模拟。我们发现，内部的单体力场有四个非平衡的贡献：（i）各向同性阻力和（ii）界面阻力对向前运动，（iii）超绝热球压力梯度和（iv）安静的生活梯度力。内禀球面压力与自由界面极化产生的游动压力相平衡。由于密度分布的不均匀性，静生命力与绝热力相反。静态寿命和绝热力的平衡通过两个体态函数的相等性来确定体共存，这与界面贡献无关。内力场是依赖于密度和电流的运动泛函，但与外力和游动力无关，与幂函数理论一致。相变起源于非平衡排斥，与敏捷的气体是更排斥比安静的液体。
2019-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interacting particles in an activity landscape
该研究通过模拟与理论探究空间依赖游动速度的相互作用活性布朗粒子，揭示活性景观中ABPs无力学平衡的压差来源，明确主动-被动斑块系统无临界点，及高密度下恢复类运动诱导相分离行为的规律。
2022-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dependence of phase behavior and surface tension on particle stiffness for active Brownian particles
我们研究准二维，单分散系统的活性布朗粒子（ABPs）的活动范围，刚度和密度。我们开发了一种微观分析方法，用于预测运动诱导相分离（MIPS）发生后形成的致密相结构，包括致密簇的面积分数，颗粒间压力和半径。我们的预测是在很好的协议与我们的布朗动力学模拟。然后，我们推导了一个连续介质模型，研究了动量方程中预测的粒子间压力、游动压力和宏观压力之间的关系。我们发现，制定逐点宏观压力作为粒子间的压力和建模的粒子活动，通过空间变化的体力-而不是体积平均游泳压力-结果在连续介质模型和微观理论的压力预测一致。该压力公式还导致相分离区域的表面张力几乎为零，而与活性、刚度和面积分数无关。此外，利用布朗动力学模拟和我们的连续介质模型，我们表明，界面宽度和表面张力，是系统的内在特性。另一方面，如果我们要排除体力活动引起的，我们发现，所得到的表面张力值是线性依赖于模拟的大小，相反的统计力学定义的表面张力。
2021-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inertial Effects on the Stress Generation of Active Fluids
悬浮的自推进机构产生一个独特的机械应力，由于他们的运动，影响他们的大规模集体行为。微泳者悬浮在流体中的粒子惯性可以忽略不计，我们已经表明，维里的“游泳应力”是一个有用的量来理解的流变学和非平衡行为的活性软物质系统。对于像鱼类这样的大型自走生物，目前还不清楚颗粒惯性如何影响它们的压力产生和集体运动。在这里，我们分析了有限的粒子惯性对机械压力（或应力）所产生的悬浮液的自推进机构的影响。我们发现，所有规模的游泳运动员产生一个独特的“游泳压力”和“雷诺应力”，影响他们的集体运动。我们发现，粒子惯性起着类似的作用，限制在过阻尼主动布朗系统，减少游泳者的运行长度减少游泳应力，影响相行为。尽管游动应力和雷诺应力随粒子惯性的大小而单独变化，但两者的贡献之和与粒子惯性无关。这指出了在非平衡系统的计算机模拟中计算应力时的一个重要概念--雷诺应力和维里应力都必须计算以获得系统产生的总应力。
2017-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear-induced bimodality and stability analysis of chiral spheroidal swimmers
本文研究了平面通道中受Poietille流（压力驱动）作用的手征（圆泳）和非手征泳者的剪切诱导行为。游泳者被建模为主动的布朗球体，以固定的速度自推进，沿着对称轴指向。我们认为这两种情况下的扁长和扁圆的游泳者，并主要集中在游泳者，拥有一个内在的，或主动的，逆时针角速度，除了剪切引起的角速度，他们获得的通道内流（杰弗里轨道）。概率的结果是建立使用Smoluchowski方程内的位置取向相空间，数值求解。我们发现，剪切和手性诱导的角速度之间的相互作用，结合由于粒子自推进和空间粒子壁相互作用的影响，导致一个有趣的范围内的效果，包括钉扎，偏心和近壁积累的游泳者在通道内。这进一步伴随着游泳运动员的线性稳定性分析，用于解释概率结果。我们讨论了定性差异的概率结果，出现由于不同制度的旋转动力学的游泳者在通道流，特别是剪切捕获/逃逸的扁长/扁圆形的游泳者和不同的纬度与每个游泳者的形状相关的固定点。我们的研究结果指出，可能的机制，流动驱动分离的活性球状粒子的手征强度的基础上。
2023-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-induced buckling in hollow microgels
研究通过模拟发现空心微凝胶在高填充分数下因粒子拥挤自动生成屈曲变形，提出相图和实验观测方法，解释了微米/纳米尺度弹性壳层的变形机制并拓展至生物系统。
2026-01-16 cond-mat.soft
Stabilizing membrane domains antagonizes n-alcohol anesthesia
不同的分子诱导全身麻醉的效力与它们的疏水性和它们对某些离子通道的作用强烈相关。我们最近观察到，几种n-醇麻醉剂通过降低相分离的临界温度（$T_c$）来抑制质膜衍生囊泡的异质性。在这里，我们利用稳定膜异质性的条件，以进一步测试正-醇的麻醉效力和对$T_c$的影响之间的相关性。首先，我们表明，十六醇的作用相反，N-醇麻醉剂膜混合和拮抗乙醇诱导麻醉蝌蚪行为测定。其次，我们表明，两个先前描述的“中毒逆转剂”提高$T_c$和反乙醇的影响，在囊泡，模仿以前的电生理和行为测量的结果。第三，我们发现，静水压力，长期以来已知的逆转麻醉，也提高了$T_c$在囊泡的幅度，抵消丁醇在相关浓度和压力的影响。综上所述，这些结果表明，$ΔT_c$预测麻醉效力的n-醇比疏水性在一系列的情况下，支持膜异质性在全身麻醉的机制作用。
2016-06-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
The "isothermal" compressibility of active matter
我们表明，机械定义的“等温”压缩性的行为作为一个类似于一个动态响应函数的悬浮液的活性布朗粒子。从主动压力计算的压缩性-碰撞和独特的游泳压力的组合-是能够预测运动诱导相分离的临界点，如预期的机械稳定性标准。我们通过一个积极的形式的热力学压缩性方程的静态结构因子，并找到这两个是等价的，这将是平衡系统的情况下，这个机械的定义。这种等效性表明，压缩性的行为就像一个热力学响应函数，即使当活动是大的。最后，我们讨论了定义一个活跃的化学势时，相界面的重要性。先前定义的活性化学势被证明是准确的临界点以上，但在共存区域的故障。包括游泳压力的机械压缩性的定义表明，界面是必不可少的确定相行为。
2020-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrostatic interaction of neutral semipermeable membranes
我们考虑由半渗透膜包围并由无盐液体的薄膜分隔的盐的本体溶液之间的渗透平衡。虽然膜是中性的，但膜分子的抗衡离子渗透到间隙中并导致空间电荷分离。这引起了距离依赖性膜电位，其转化为排斥性静电分离压力。从非线性Poisson-Boltzmann方程的解，我们得到的电位和离子的分布。然后，我们推导出一个明确的公式施加在膜上的压力，并表明它偏离经典的范特霍夫的渗透压表达式。这种差异被解释在排斥性的静电分离的压力源自间隙内的对流云的重叠。我们还开发了一个简化的理论基础上的线性化泊松-玻尔兹曼方法。提供了与电解质的原始模型的模拟的比较，并且证实了理论预测的有效性。除了中性表面可以排斥的基本结果之外，这种机制不仅有助于控制活细胞、细菌和囊泡的粘附和长程相互作用，而且还使我们能够论证静电相互作用在决定由半透膜限制的系统的行为和功能方面应该起着巨大的作用。
2012-01-18 cond-mat.soft
Kinetic temperature and pressure of an active Tonks gas
通过计算机模拟与解析理论，研究一维活性Tonks气体，引入动理温度推导出压强解析式，澄清了异常聚集无相变的反常行为，并揭示了动理温度与泳压间适用于高维的关联。
2024-01-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pressure and Flow of Exponentially Self-Correlated Active Particles
微观游动粒子，消耗能量执行持久的定向运动，是非平衡系统的一个经典例子。本文研究了非相互作用的Ornstein-Uhlenbeck粒子（OUP），它是由一个在有限时间内相关的力推动通过粘性介质。我们获得了一个精确的表达式的稳态相空间密度的一个单一的OUP限制的二次电位，并使用结果来探索更复杂的几何形状，无论是通过解析近似和数值模拟。在一个“Casimir”式的设置，涉及两个窄间距的墙壁，我们描述了一个粒子捕获现象，这导致了一个排斥有效的墙壁之间的相互作用，而在一个二维的环形几何形状，我们观察到的净应力类似的拉普拉斯压力。
2018-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Generalized Archimedes' principle in active fluids
我们展示了如何在非相互作用的点状活性粒子的运动特性的梯度可以导致压力梯度，推动一个大的惰性物体。我们计算了一个系统内的活动粒子的位置相关的运动参数，在一个和两个维度的物体上的力，并表明修改后的阿基米德原理是满意的。我们从模型参数和实验可测量的量（密度、速度和压力的空间分布）两方面来表征系统。这种理论分析的动机是最近的实验，它表明，由于由分子马达推动的囊泡的活性梯度，小鼠卵母细胞（未成熟的卵细胞）的细胞核从皮层移动到中心;它更普遍地适用于受控局部活性的人工系统。
2017-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Minimal model of active colloids highlights the role of mechanical interactions in controlling the emergent behavior of active matter
最近，由具有纯排斥相互作用的自推进球形颗粒组成的活性布朗胶体的极小模型被确定为活性物质理论的极好的定量测试基础，并且已经成为广泛的数值和分析研究的主题。这些系统不表现出对齐或植绒状态，但确实具有丰富的相图，形成具有新颖机械性能的活性气体，液体和固体。本文综述了近年来对这类模型的研究进展，包括对活性气体及其游动压力的描述、运动诱导的相分离以及高密度晶体和玻璃态行为的描述。
2016-02-11 cond-mat.soft
Towards a 'Thermodynamics' of Active Matter
自我推进使生命系统能够表现出不同寻常的集体行为。与处于热平衡的被动系统不同，活性物质系统不受常规热力学定律的约束。然而，一个问题出现了，如果有的话，经典热力学的概念在多大程度上可以应用于像活性物质这样的非平衡系统。在这里，我们使用新的游泳压力的角度来发展一个简单的理论，预测在活性物质的相分离。我们用纯力学的观点，生成了一个有旋节点和临界点的相图，并定义了一个非平衡化学势来解释“双节点”。“我们提供了一个广义的热力学概念，如自由能和温度的非平衡活性系统。我们的理论与现有的模拟数据同意定性和定量，并可能提供一个框架，理解和预测的非平衡活性系统的行为。
2014-11-21 cond-mat.soft
Local stress and pressure in an inhomogeneous system of spherical active Brownian particles
本文推导了球形活性布朗粒子（ABPs）系统局部体积的应力表达式，通过位力定理获得动量通量与体相应力两种等价形式，并证明主动应力源于动量传递而非边界效应，验证了该系统存在状态方程。
2019-02-20 cond-mat.soft
Virial pressure in systems of active Brownian particles
本文通过理论推导与模拟研究了球形活性布朗粒子（ABP）悬浮液的压强，利用维里定理得出包含理想气体压强、游动压强和粒子间作用力的压强表达式，并发现受限系统压强依赖壁面作用，而周期性边界系统中压强-浓度依赖性随活性增强呈非单调变化并引发相变。
2015-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
