Chiral and achiral mechanisms of self-limiting, twisted bundle assembly
本文提出了扭曲丝束和柱束自限制组装的广义理论，分析了手性传递和非手性自发扭曲两种机制对束组装的影响，发现非手性扭曲束在平衡尺寸和热力学稳定性上与手性束存在定性差异。
2019-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembly of multicomponent structures in and out of equilibrium
相变和自组装的理论经常援引“准平衡”的概念，在这种状态下，积木的非平衡关联仍然会产生一种结构，其性质完全由潜在的自由能景观决定。在这里，我们研究了一个典型的多组分自组装的例子，一个一维的纤维生长从红色和蓝色块。如果平衡结构具有不同于随机混合特征的成分相关性，那么它就不可能在任何有限的增长率下毫无误差地产生：不存在准平衡状态。然而，通过利用动态缩放，在相空间中的一点处的平衡特征的结构可以被生成，没有误差，任意远离平衡。因此，我们的研究结果提出了一个“非微扰”的多组分自组装策略，其中的目标结构是，通过设计，而不是平衡的。
2012-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comparing open and closed molecular self-assembly
本文从理论上研究了开放体系中分子的自组装，该体系由单体供给，耗尽部分或完全的团簇。这种情况可能发生在例如病毒自组装的背景下。我们提供了一个平均场尺寸分布的一般公式，该公式在封闭系统的平衡态和开放系统的定态下都有效。这使我们能够以一种简单的方式探索自组装的非平衡特性，并将其与平衡特性进行比较。特别是，我们确定了一个区域的参数空间，在外部通量的存在下的平衡尺寸分布等于在没有外部通量的情况下的平衡尺寸分布，直到一个恒定的重整化因子。这个结果的有效性范围及其后果进行了讨论。
2014-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Thermofluidic non-equilibrium assembly of reconfigurable functional structures
本文提出一种由激光加热驱动的胶体粒子非平衡组装方法，可快速形成有序三维结构并实现光子阻带可调，为可重构功能材料提供新途径。
2024-12-14 cond-mat.soft
Self-limiting stacks of curvature-frustrated colloidal plates: Roles of intra-particle versus inter-particle deformations
本文通过理论与粗粒化模拟研究 curvamer 柔性壳状粒子的自限制堆叠，揭示粒子内弯曲刚度与粒子间间隙柔顺性之比及吸引作用程如何控制受挫传播和尺寸转变。
2024-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A fully solvable equilibrium self-assembly process: fine tuning the clusters size and the connectivity in patchy particle systems
自组装是控制从无序的预先存在的部分形成良好定义的结构的机制。尽管自组装作为一种制造方法的重要性和越来越多的实验实现复杂的自组装纳米聚集体，理论预测是落后的。在这里，我们表明，对于一个非平凡的自组装现象，起源分支无环集群，它是可能的，以获得一个完全预测的参数自由理论的平衡自组装相结合的Wertheim理论相关联的液体与Flory-Stockmayer的方法化学凝胶化。
2007-08-14 cond-mat.soft
Optimization of Non-Equilibrium Self-Assembly Protocols Using Markov State Models
自组装的承诺，使自下而上形成的材料与规定的架构和功能，推动了密集的努力，以揭示合理的设计原则，最大限度地提高产量的目标结构。然而，尽管有许多自组装的成功例子，但确保目标结构的动力学可及性在许多系统中仍然是一个未解决的问题。特别是，长寿命的动力学陷阱可能导致组装时间大大超过实验可达到的时间尺度。一种建议的解决方案是设计非平衡组装协议，其中系统参数随时间变化，以避免这种动力学陷阱。在这里，我们开发了一个框架，结合马尔可夫状态模型（MSM）分析与最优控制理论来计算一个时间依赖的协议，最大限度地提高产量的目标结构在有限的时间。我们提出了一种基于伴随的梯度下降法，结合MSM的系统作为其控制参数的函数，能够有效地优化组装协议。我们还描述了一种插值方法，以显着减少所需的模拟构建MSM的数量。我们证明了我们的方法上的两个例子，一个简单的半解析模型的胶体颗粒的聚合物的折叠，和一个更复杂的模型衣壳组装。我们的研究结果表明，优化时间相关的协议可以实现显着改善所选结构的产量，包括平衡自由能最小值，长寿命的亚稳态结构，和瞬态。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Equilibrium adsorption and self-assembly of patchy colloids in microchannels
提出了一个新的理论来描述微通道中片状胶体的平衡吸附和自组装。吸附理论是在经典的密度泛函理论中发展起来的，吸附相和流体相采用热力学微扰理论建模。在这项工作中，我们提出，在胶体上引入补丁大大增强了温度依赖性和可逆的吸附的胶体在微通道。它示出了如何散装流体密度，补丁大小，温度和通道直径可以被操纵，以实现吸附和自组装的斑块状胶体在微通道。
2016-07-20 cond-mat.soft physics.chem-ph
Microphase Equilibrium and Assembly Dynamics
尽管有许多尝试，有序的平衡微相尚未获得实验胶体悬浮液。最近对微观的、基于粒子的微相形成剂的平衡相图的计算[Zhuang等人，物理修订信函116，098301（2016）]发现这种中尺度组件是热稳定的。在这里，我们考虑他们的平衡和组装动力学。在中间密度以上的有序-无序过渡，我们确定了四个不同的动力学制度和结构变化的基础上的动力学交叉从一个无序制度到下一个。在有序-无序转变下，我们还发现，周期性的laminates是最动态可访问的周期性微相。因此，我们的分析提供了一个全面的看法，无序的微相动力学和路线的组装周期性微相在一个假定的良好控制的实验系统。
2017-07-10 cond-mat.soft
Quasi-Equilibrium Self-Assembly of Small RNA Viruses
我们提出了一个描述的准平衡自组装的小，单链（SS）RNA病毒的衣壳蛋白（CP）具有灵活的，带正电荷的，无序的尾巴，与带负电荷的RNA基因组分子。我们描述了这样的病毒的装配作为两个耦合的相变之间的相互作用一样的事件：由CP的蛋白质壳（衣壳）的形成和一个大的SS病毒RNA分子的缩合。CP之间的静电排斥与吸引性疏水相互作用和尾基介导的中和RNA片段之间的吸引性相互作用竞争。一个装配图是根据CP之间和CP与RNA分子之间的吸引力相互作用的强度推导出来的。它是比较与最近的研究结果的病毒组装。我们证明了传统的自组装理论，它描述了组装的\textit{empty}衣壳，是在一般情况下不适用于自组装的RNA-包埋病毒粒子。
2016-03-09 cond-mat.soft
Continuous-time multifarious systems -- Part I: equilibrium multifarious self-assembly
本文用连续时间 Gillespie 模拟研究平衡多元自组装，发现可靠组装区域小于离散时间 Monte Carlo 结果，并通过嵌合体形成不稳定性与状态边界分析解释差异。
2025-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Assembly of nothing: Equilibrium fluids with designed structured porosity
受控的微观至中尺度孔隙度是常见的材料设计目标，其可能的应用范围从分子气体吸附到颗粒尺寸选择性渗透性或溶解性。在这里，我们使用统计力学的逆方法来设计一个各向同性的对相互作用，在没有外部场的情况下，组装成一个不均匀的{ \em流体}矩阵的颗粒周围的预定大小的孔有序的晶格形态。可以通过改变温度或颗粒浓度来调节孔径。此外，调制密度揭示了一系列丰富的微相分离的形态，包括孔或颗粒为基础的晶格，孔或颗粒为基础的列，和双连续或层状结构。探讨了孔隙组装对设计相互作用势形式的敏感性。
2016-03-10 cond-mat.soft
Self-assembly and non-equilibrium phase coexistence in a binary granular mixture
Universit\'e Paris-Saclay, CNRS, Laboratoire de Physique des Solides, 91405 Orsay, France
研究通过实验和模拟揭示了二元颗粒混合物在振动下的自组装及非平衡相共存现象，展示了其与平衡相变的相似性及非平衡效应。
2024-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-assembly of protein amyloid: a competition between amorphous and ordered aggregation
蛋白质以淀粉样纤维的形式聚集具有重要的生物学和技术意义。虽然自组装过程是非常有效的，聚集体不是在纤维状的形式也会发生，它是重要的，包括这些无序的物种时，讨论系统的热力学平衡行为。在这里，我们开始这样一个任务，通过考虑的混合物的单体蛋白质和相应的聚集体的无序形式（胶束）和纤维状的形式（淀粉样蛋白原纤维）。从这些物种各自的结合自由能的模型，我们计算它们的浓度在热平衡。然后，我们讨论如何纳入无序结构进一步了解经验观察到的各种淀粉样蛋白促进因子，和原纤化的动力学。
2009-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Assembly of hard spheres in a cylinder: a computational and experimental study
硬球是我们理解自然和合成系统的重要基准。在这项工作中，胶体实验和蒙特卡罗模拟检查的平衡和不平衡组装直径$σ$的硬球直径$σ\leq D\leq 2.82σ$内的圆柱体。虽然在这样一个系统中相变形式上不存在，显着的结构交叉观察。在模拟中，我们发现，由此产生的压力直径结构图呼应的denandrificial包装序列在无限大的压力在这个范围内的$D$。我们还观察到非平衡自组装依赖于压缩率。慢速压缩近似平衡结果，而快速压缩可以跳过中间结构。没有连续的线滑移存在的交叉被发现是动态不利的，这是这种差异的来源。在高Péclet数的胶体沉降实验的结果被发现是一致的快速压缩的结果，只要使用适当的边界条件。压缩和沉降结果之间的相似性表明，组装途径在这里不敏感地依赖于平衡动力学的性质。
2016-10-26 cond-mat.soft
Theoretical prediction of free-energy landscapes for complex self-assembly
我们提出了一种技术，用于计算自由能配置文件的多组分结构，包含尽可能多的物种作为积木的成核。我们发现，一个关键因素是描述目标组件的连接图的拓扑结构。通过单独考虑设计的相互作用较弱，偶然的相互作用，我们的方法产生的平衡产率和成核障碍的预测。这些预测与相应的蒙特卡罗模拟符合得很好。我们表明，连接图的一些基本性质决定了组装热力学的最突出的特点。令人惊讶的是，我们发现，多分散性的强度设计的相互作用稳定的中间结构，并可用于塑造自由能景观的自组装。最后，我们证明了弱偶然的相互作用可以排除组装平衡由于组合的可能性不正确的协会。
2015-01-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium thermodynamics in driven macroscopic self-assembly
University of Bristol（布里斯托大学）；Brown University（布朗大学）
本文通过可调宏观平台研究非平衡自组装，发现非零熵产率及与主动奥本海姆-乌尔岑模型的定量一致。
2025-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Non-equilibrium self-assembly of a filament coupled to ATP/GTP hydrolysis
我们研究的随机动态的增长和收缩的单个肌动蛋白丝或微管考虑到插入，删除，和ATP/GTP水解的亚基。所得到的相图包含三个不同的相：快速生长相、中间相和结合相。我们分析了所有这些阶段，重点是结合阶段。我们还讨论了水解如何影响力-速度曲线。束缚相表现出动态不稳定的特征，我们用ATP/GTP帽消失所需的时间以及细丝达到零长度所需的时间来表征，即，(to第一次崩溃。我们得到所有这些量的精确表达式，我们使用蒙特卡罗模拟测试。
2008-09-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Geometrically programmed self-limited assembly of tubules using DNA origami colloids
自组装是在纳米尺度上制造功能材料的最有前途的策略之一，但需要新的设计原则来制造自限制架构，而不是空间无限的周期性晶格结构。为了应对这一挑战，我们探讨了一个特定类别的自限性结构：圆柱形小管的可寻址组装和自封闭组装之间的权衡。我们使用DNA折纸制作三角形亚基，这些亚基具有特定的、价限的相互作用和设计的结合角，并研究它们组装成具有自限宽度的小管，其宽度远大于单个亚基的大小。在最简单的情况下，通过几何编程相邻子单元之间的二面角，从单个组分组装小管。我们表明，小管的长度可以达到许多微米，它们的平均宽度可以通过二面角规定。我们发现，有一个分布的宽度和手性的小管，我们合理化开发一个模型，认为有限的弯曲刚度的组装结构，以及自我封闭的机制。最后，我们证明了小管的分布可以通过增加亚基种类的数量来进一步塑造，从而增加组装的复杂性，并证明使用两个亚基种类成功地将可用的终态数量减少了一半。这些结果有助于阐明装配复杂性和几何形状在自限装配中的作用，并可以扩展到其他自限结构，如壳、环或三周期框架。
2022-03-02 cond-mat.soft
Non-deterministic self-assembly with asymmetric interactions
我们研究了非确定性自组装与不对称相互作用的一般性质，使用计算模型和DNA瓦片组装实验。通过对比对称和不对称的相互作用，我们表明，后者可以导致自限集群的增长。此外，通过调节两粒子混合物中自组装粒子的相对丰度，我们能够调整这些簇的最终尺寸。我们表明，这是不对称相互作用的一个基本性质，在生物工程中具有潜在的应用，并为研究蛋白质聚集引起的疾病提供了新的见解。
2016-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The equilibrium structure of self-assembled protein nano-cages
了解如何高度对称，强大的，单分散的蛋白质笼自组装可以在生物纳米技术的各个领域，如药物输送，生物医学成像和基因治疗的主要应用。我们建立了一个模型来研究蛋白质亚基组装成具有不同大小和对称性的结构。利用蒙特卡罗模拟，我们得到了全局最小能量结构。我们的研究结果表明，包括外壳蛋白的自发曲率，灵活性和弯曲刚度的积木的物理性质是足以预测的组装产品的大小和纳米笼的对称性和形状选择性可以解释，至少在部分热力学基础上。本文还讨论了在体外组装实验中观察到的纳米笼的多晶现象。
2018-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Targeted Assembly and Synchronization of Self-Spinning Microgears
自组装是将组件自主组织成模式或结构：生物学的基本成分和复杂组织的理想途径。在平衡状态下，结构通过特定的相互作用进行编码，对系统的熵代价是不利的。另一种被《自然》广泛使用的方法是使用能量输入来绕过熵瓶颈，并开发出在平衡状态下不可能实现的功能。在胶体科学的最新进展中，可以局部注入能量的耗散性构建块是可用的，但尚未用于控制自组装。在这里，我们展示了强大的形成自供电转子和动态超结构的活性粒子和利用非平衡电泳现象，以定制的相互作用和直接自组装。我们使用一种消耗燃料的光敏组件，赤铁矿，来设计趋光性微游泳者，它们可以形成自旋转的微齿轮，遵循时空光模式。这些齿轮通过它们的化学云耦合在一起，构成了同步超结构的基本砖块，这些同步超结构自主地调节它们的动力学。结果定量合理化的基础上的一个随机描述的diffusio-phoretic振荡器动态耦合的化学梯度，形成定向相互作用。我们的研究结果表明，非平衡现象可以利用形状的相互作用和程序的层次结构。它为动态结构和同步微机械的自组装奠定了基础。
2018-10-02 cond-mat.soft
Non-equilibrium steady structures of confined liquid crystals driven by a dynamic boundary
源于动态自组装的稳态结构在新一代材料中已开始显示出其优势，并对平衡自组装提出了挑战。鉴于禁闭在自组装中的重要作用，本文提出了一种新的禁闭方式，这种禁闭方式可以导致动态稳定的结构，这为传统的禁闭方式打开了一扇新的窗口。在我们的模型中，我们考虑的自组装椭球在二维圆形限制通过边界执行周期性伸缩振荡。Langevin动力学模拟揭示了在适当的边界运动下，非平衡稳定结构的实现，这是一种具有稳定拓扑缺陷的新型近晶结构。与静态边界的约束不同，靠近边界的椭球具有取决于边界运动的可变取向。随着界面振荡幅度和频率的变化，伴随着对称性的变化和缺陷数的变化，出现有序-有序结构的转变。根据结构重组和能量调整是否发生，可以区分慢动态和快动态。由系统做功引起的封闭椭球体的集体运动是决定自组装结构和动力学的关键因素。我们的结果不仅获得了新颖的圆形受限液晶织构，而且启发我们重新思考生物体内的自组装。
2019-03-15 cond-mat.soft physics.comp-ph
Assembly and disorder dissipation in superparamagnetic nanoparticle chains in a rotating magnetic field
我们研究了超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPION）链在旋转磁场中的形成，结合两个充分探索的链形成系统：较大的微米级珠在旋转磁场中，和SPION在静态场。这个简单的组合很有趣，因为它的特点是在远离平衡和有限温度下发生的自组装，更好地探索的系统分别构成其零温度和近平衡极限。适用于这两个极限中的任何一个的理论都可以定性地预测链长分布，除了我们实验中的链较短之外，我们将其归因于同时存在的热波动和流体剪切力，它们协同工作以将链分开。我们最引人注目的结果是，SPION链中的无序在几十分钟的时间尺度内逐渐消散，比特征链组装时间慢两个数量级。提高粒子浓度和溶液离子强度可以加快无序耗散，这两个因素都提高了链组装的速度。这强烈地表明，链顺序随时间的改善不是由于热波动，而是由于自组装过程所赋予的能量，该过程不断地导致链生长和断裂，即使在获得稳态分布时也是如此。更一般地说，我们的研究结果表明，自组装远离平衡，有时可能会导致更好的有序组件比在接近平衡的条件下。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Self-assembly of quasicrystals under cyclic shear
Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学固体物理实验室）
研究通过循环剪切驱动二维十二面体准晶体自组装，发现剪切可使随机结构转变为有序准晶体状态，展示出非平衡相图与热平衡相似，且剪切稳定准晶体在零温平衡状态下不易出现，表明机械驱动可稳定准晶体秩序，类似热力学熵效应。
2026-03-27 cond-mat.soft
Odd pathways speed up self-assembly
University of Cambridge（剑桥大学）
研究通过非互易相互作用加速自组装，同时保持平衡分布，发现其通过改变基本过程提升反应速率，但存在动能加速与能耗之间的权衡。
2026-04-24 cond-mat.soft
Dynamic assembly of active colloids: theory and simulation
由于消耗能量来驱动它们的运动，活性胶体系统本质上是不平衡的。在过去的十年中，在活性胶体系统中观察到了各种有趣的动力学模式，它们为研究非平衡物理提供了一个新的平台，其中计算机模拟和分析理论发挥了重要作用。在这里，我们回顾了最近的进展，了解动态组装的活性胶体通过使用数值和分析工具。本文综述了近十年来运动诱导相分离的研究进展，讨论了形状各向异性和流体动力学对活性胶体动态组装的影响。
2020-04-15 cond-mat.soft
Suspensions of magnetic nanogels at zero field: equilibrium structural properties
磁性纳米凝胶由于其众多的潜在应用而代表了磁性软物质研究的前沿。在这里，使用Langevin动力学模拟，我们分析了磁性纳米凝胶的浓度和嵌入的磁性粒子的相互作用的自组装的磁性纳米凝胶在零场的影响。为此，我们计算了纳米凝胶和磁性颗粒的径向分布函数和结构因子。我们发现，与自由磁性纳米颗粒的悬浮液相比，如果颗粒间相互作用强度超过热波动约三倍，则已经观察到自组装，磁性纳米凝胶的自组装仅通过将这种比率增加到六以上来发生。这种磁性纳米凝胶自组装是通过来自不同纳米凝胶的磁性纳米颗粒之间有利的紧密接触来实现的。事实证明，对于高值的粒子间相互作用，对应于在孤立的纳米凝胶中形成内环，在它们的悬浮液中，可以通过涉及不同的纳米凝胶形成具有较低弹性惩罚的较大的磁性粒子簇。最后，我们表明，当这些纳米凝胶的自组装发生时，即使磁性纳米颗粒的体积分数很低，它也会对结构性能产生剧烈的影响。
2019-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
The Statistical Mechanics of Dynamic Pathways to Self-assembly
我们描述了一些重要的物理特性的“路径”，即动态过程，通过它发生分子，纳米级和微米级的自组装。我们强调这样一个事实，即存在的自组装途径的功能是共同的广泛的物理系统，即使这些系统可能是不同的，在其微观细节。我们总结了一些现有的自组装途径的理论描述，并强调领域-值得注意的是，描述发生“远离”平衡的自组装途径-这可能会变得越来越重要。
2014-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Degradation versus self-assembly of block copolymer micelles
嵌段共聚物自组装胶束的稳定性可以通过嵌段的降解而改变。缓慢降解使嵌段共聚物胶束的平衡尺寸分布发生变化，从而改变其性质。准平衡标度理论表明，胶束核心中疏水性嵌段的降解使胶束不稳定，减小了胶束的尺寸，而形成胶束冠状结构的亲水性嵌段的降解有利于更大的胶束，并且在一定条件下，可能诱导从单个链形成胶束。
2012-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Modulating Hierarchical Self-Assembly In Thermoresponsive Intrinsically Disordered Proteins Through High-Temperature Incubation Time
本文发现高温孵育时间是调控类 resilin 固有无序蛋白分级自组装的关键参数，延长孵育可形成序列依赖的微米棒状、椭球状及纳米层状有序结构，为无序蛋白自组装控制提供了新方法。
2023-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Active assembly and non-reciprocal dynamics of elastic membranes
The Martin Fisher School of Physics, Brandeis University（布兰迪斯大学马丁·费舍尔物理学院）；Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；School of Physics, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物理学院）；Kavli Institute of Theoretical Physics（卡弗里理论物理研究所）；Leinweber Institute for Theoretical Physics, University of Chicago（芝加哥大学莱因韦伯理论物理研究所）；James Frank Institute, University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所）
研究活性非热纤维在活性流体中的自组装，产生弹性膜网络，形成多尺度结构和动态过程，展示非 reciprocity 耦合诱导的全局极限环。
2025-09-04 cond-mat.soft
Assembly of Complex Colloidal Systems Using DNA
本文综述了DNA编程胶体自组装领域的最新进展，涵盖DNA包覆颗粒的有效相互作用设计、动态自组装路径、DNA origami复合亚基构建有限尺寸多组分结构，并展望了基于动力学理论实现多目标结构获取和能量耗散稳定新材料的前景。
2024-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Examples of molecular self-assembly at surfaces
分子在表面的自组装可以由一系列物理机制引起。组装可以由分子间力或分子表面力或两者驱动;它可以导致处于平衡或动力学捕获的结构。在这里，我们回顾的例子，自组装在表面上已经研究的分子铸造在劳伦斯伯克利国家实验室的用户程序，专注于物理理解是什么原因在实验中看到的模式。一些明显不同的系统可以用类似的物理术语描述，这表明简单的因素-例如分子间结合的几何形状和能量尺度-是理解这些系统自组装的关键。
2014-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Heirarchical and synergistic self-assembly in composites of model Wormlike micellar-polymers and nanoparticles results in nanostructures with diverse morphologies
使用蒙特卡罗模拟，我们调查的自组装的模型纳米粒子内的模型平衡聚合物的矩阵（或蠕虫状胶束矩阵）作为聚合物基体密度和聚合物和纳米粒子之间的排除体积参数的函数。在本文中，我们通过协同自组装的纳米粒子和平衡聚合物的体系结构中的形态转变。与聚合物模板法不同，在协同自组装中，系统的最终形态是纳米颗粒和聚合物之间相互作用的结果。我们报告的纳米粒子聚集体的形态从非分散的网络状结构的非分散的集群作为一个结果的变化，在纳米粒子和聚合物链之间的排除体积参数的转变。与纳米粒子自组装结构的变化平行，平衡聚合物的基质也显示出从分散状态到由聚合物链簇形成的分散网络状结构的转变。我们表明，所形成的纳米粒子簇的形状各向异性是由聚合物的密度导致棒状，片状或其他各向异性的纳米簇。通过改变纳米粒子与聚合物之间的最小接近距离，可以改变纳米粒子多孔网络的孔形状和孔径。我们从理论上理解了为什么会获得具有非常不同形态的各种纳米结构。
2018-04-02 cond-mat.soft
Entropy and Temperature of a Static Granular Assembly
颗粒物质由大量的颗粒组成，这些颗粒的集体行为决定了宏观性质，例如流动和机械强度。因此，颗粒物质性质的综合理论需要一个统计框架。在分子物质中，建立在能量守恒原理上的平衡统计力学提供了这个框架。然而，颗粒是小而宏观的物体，其相互作用是耗散的，因为能量可能会通过内部自由度的激发而损失。在这项工作中，我们构建了一个统计框架的静态，机械稳定的包装的谷物，这平行的平衡统计力学，但能量守恒取代有关的机械应力张量的函数的守恒。我们的分析表明存在一个具有熵的所有属性的态函数。特别是，最大化这个态函数导致这些系统的一个明确定义的颗粒温度。合奏的预测进行了验证，对模拟填料的无摩擦，可变形的磁盘。我们的证明，统计系综可以通过确定的其他保守量的能量是一种新的方法，有望开辟其他非平衡系统的统计描述的途径。
2007-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multistep kinetic self-assembly of DNA-coated colloids
自组装通常被描述为一个最初的无序系统向平衡有序相弛豫的过程，该过程仅由其结构单元之间的局部相互作用驱动。但这个定义限制性太强。大自然本身提供了无定形但功能性的材料的例子，这些材料在动力学上阻止了通向基态的途径。动力学自组装本质上比其平衡对应物更灵活和可靠，允许通过调节导致动力学停滞的相互作用和热力学途径来控制最终相的形态。在这里，我们提出的策略，直接凝胶化的两种组分的胶体混合物，依次激活选择性的种间和种内的相互作用。我们调查的逮捕阶段的结构的形态变化，通过事件驱动的分子动力学（MD）模拟和实验使用DNA涂层的胶体（DNACCs）。我们的方法可以用来微调多组分纳米或微孔材料的形态，在混合光致发光，光子学和药物输送的可能应用。
2013-02-22 cond-mat.soft
Robust nonequilibrium pathways to microcompartment assembly
蓝细菌将光合酶隔离到微区室中，促进二氧化碳转化为糖。这些结构和自组装病毒衣壳之间的几何相似性激发了将微区室作为组成蛋白质的稳定平衡排列的模型。在这里，我们描述了一种不同的机制，微区室组装，一个是从根本上非平衡，但高度可靠。这一途径是通过模拟一个分子模型来揭示的，该模型解析了货物液滴的大小和形状，以及弹性壳的范围和形貌。由此产生的亚稳态微区室结构非常类似于那些carboxysomes，具有狭窄的尺寸分布和小面壳。其组装动力学的本质可以从一个简单的数学模型来理解，该模型结合了经典成核理论与连续弹性的元素。这些结果突出了重要的控制变量，实现纳米封装一般，并特别是用于调制的大小和形状的carboxysomes。
2018-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The robust assembly of small symmetric nano-shells
高度对称的纳米壳层存在于许多生物系统中，如网格蛋白笼和病毒壳层。几项研究表明，对称壳层在自然界中的出现是由于其组成亚基之间的一般相互作用的自由能最小化。我们研究了对称壳形成的物理基础，并使用一个极小模型，我们证明，这些结构可以很容易地从非平衡条件下相同的亚基增长。我们的纳米壳组装模型表明，自发曲率调节壳的大小，而亚基的机械性能决定了组装结构的对称性。了解形成封闭纳米壳的最低要求是纳米容器工程的必要步骤，这将对材料科学和医学产生深远的影响。
2014-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Bond formation kinetics affects self-assembly directed by ligand-receptor interactions
在本文中，我们研究的颗粒功能化的互补连接系统的聚集动力学。目前用于研究这些系统的大规模自组装的大部分粗粒度模型依赖于使用平衡统计力学计算的粒子之间的有效势。在这些方法中，颗粒间键形成的动力学方面被忽略了。我们展示了超分子键形成的速率如何极大地改变了自组装途径。为了做到这一点，我们开发了一种方法，结合布朗动力学模拟与Gillespie算法占粒子间的联系的演变。如果与基于有效势的动力学相比，颗粒间联系的明确描述导致聚集体在自组装的早期阶段具有较低的化合价。向平衡的弛豫受到破坏一个簇内现有的连接并将它们重新定向到自由粒子所需的时间的阻碍。这种效应在低温和高颗粒扩散常数下更为重要。我们的研究结果强调了将动力学速率纳入配体-受体系统的粗粒度描述的重要性。
2016-11-01 cond-mat.soft
Spontaneous filament formation and network self-assembly via active phase separation
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（尼尔斯·玻尔研究所，哥本哈根大学）
该研究提出活性模型H$^{-}$，通过活性相分离自发形成丝状网络，具有增强连接和停滞粗化特性，弯曲驱动自组装，宏观满足刘易斯定律。
2026-09-18 cond-mat.soft
Theoretical description of a DNA-linked nanoparticle self-assembly
与DNA链相连的纳米颗粒是自下而上纳米技术的有前途的基石，理论上的理解对未来的发展很重要。在这里，我们建立在高分子物理学的方法，提供理论描述的平衡聚类和动力学，以及自组装动力学的DNA连接的纳米粒子。惊人的协议之间的理论和分子建模的DNA拴系纳米粒子观察。
2010-07-06 cond-mat.soft
The polyhedral structure underlying programmable self-assembly
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学与技术研究所）；Brandeis University（布兰迪斯大学）
该研究揭示了可编程自组装中基本的物理关系，通过识别热力学约束形成的多面体结构，为自组装的理性设计提供了预测工具。
2025-06-30 cond-mat.soft
Stochastic Yield Catastrophes and Robustness in Self-Assembly
自组装的指导原则是，为了高产量，结构的成核必须明显慢于它们的生长。然而，阻碍成核的机制的细节被广泛认为是无关紧要的。在这里，我们分析自组装成有限大小的目标结构，采用数学建模。我们研究了两个关键方案，以延迟成核：（i）通过引入一个缓慢的激活步骤的组装成分，（ii）通过降低二聚速率。这些情景具有非常不同的特点。虽然二聚化的情况下表现出强大的行为，激活的情况下是高度敏感的人口波动。与成核相比，这些人口波动最终不利于生长，并且可以完全抑制产量。这种随机产量灾难的发生并不取决于模型的细节，但只要考虑成分之间的数量波动是通用的。从更广泛的角度来看，我们的研究结果表明，随机性是自组装的一个重要的限制因素，成核过程的具体实施起着重要的作用，在确定产量。
2020-03-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
How geometric frustration shapes twisted fibers, inside and out: Competing morphologies of chiral filament assembly
手性通过在整个结构中引入细丝形状（即曲率）和堆积的梯度来阻碍和成形绳状、扭曲束和纤维中的柔性细丝的组装。以前的模型手性丝束形成表明，这种挫折引起了几个不同的形态反应，包括自限束宽度，各向异性域（带状）的形成和拓扑缺陷的横向丝间秩序。在本文中，我们采用了连续弹性理论和离散丝束模拟相结合，探讨这些不同的形态反应如何在更广泛的相图中的手性细丝组装竞争。我们发现，最通用的模型束形成表现出至少四个类的平衡结构-有限宽度，扭曲的束与各向同性和各向异性的形状，有和没有拓扑缺陷，以及散装相的非扭曲，柱状组装（即“挫折逃生”）。这些竞争平衡形态的选择，只有一个相对较少的参数描述长丝组装：束表面能，优选的手性扭曲和刚度的手性长丝相互作用，和机械刚度的长丝和它们的横向相互作用。离散丝束模拟测试和验证连续理论预测的依赖性束结构（形状，尺寸和包装缺陷的二维截面）对这些关键参数。
2016-12-07 cond-mat.soft
Thermodynamic size control in curvature-frustrated tubules: Self-limitation with open boundaries
我们使用计算建模来研究几何受挫组件，其中的局部包装几何的子单元是不兼容的统一的，无应变的大规模组装的基于粒子的模型的组装热力学。该模型考虑离散的三角形亚基，驱动组件朝向一个封闭的，六边形有序的小管，但具有局部有利于负高斯曲率的几何形状。我们使用动态蒙特卡罗模拟和增强的采样方法来计算自由能景观和相应的自组装行为作为控制组装驱动力和挫折的大小的实验可访问的参数的函数。结果确定了有限温度自限制组装发生的参数范围，其中平衡组装尺寸分布在明确定义的有限尺寸附近急剧达到峰值。模拟还确定了两种机制，系统可以逃脱挫折和组装到无限的大小，并确定抑制无限增长的亚基的粒子尺度特性。
2021-09-02 cond-mat.soft
Building blocks of non-Euclidean ribbons: Size-controlled self-assembly via discrete, frustrated particles
研究通过颗粒模型分析负曲率带状组装中微观形状与介观行为的联系，发现自限制依赖有限内聚相互作用范围且离散非线性可引发多畴组装，为尺寸可编程胶体颗粒设计提供指导。
2022-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic self-assembly of charged colloidal strings and walls in simple fluid flows
胶体粒子在流体流动中可以自组装成各种有序结构，在生物医学、材料合成和密码学等领域具有潜在的应用。这些动态过程也是探索非平衡条件下自组装一般原理的基本兴趣。在这里，我们报告了一个简单的微流体实验，带电胶体粒子自组装成流动对齐的一维字符串与规则的颗粒间距附近的固体边界。利用高速共聚焦显微镜，我们系统地研究了流速，静电和粒子多分散性对观察到的弦结构的影响。通过研究稳定的流动驱动的粒子对的详细动力学，我们定量表征粒子间的相互作用。在此基础上，我们构建了一个简单的模型来解释这一有趣的非平衡自组装过程。我们的研究表明，胶体弦产生于吸引力之间的流体动力学耦合和排斥粒子之间的静电相互作用的微妙平衡。最后，我们证明，与横向电场的协助下，一个类似的机制也导致了二维胶体壁的形成。
2017-01-29 cond-mat.soft
Stress accumulation versus shape flattening in frustrated, warped-jigsaw particle assemblies
本文提出一种“翘曲拼图”二维粒子模型，结合数值模拟与连续介质弹性理论，揭示了由粒子微观特性产生的大尺度应力梯度如何实现自限制的各向异性带状组装，并阐明了其尺寸控制的弹性机制与上下限。
2022-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembly scenarios of patchy colloidal particles
精确设计片状胶体颗粒表面装饰的快速进展为在软物质系统中为更大、更复杂的结构创建建筑实体提供了一种新的、但没有经验的自由。然而，要预测这些粒子在外部参数（如温度或压力）变化下能够经历的各种有序平衡结构是非常困难的。本文证明了，通过两种新的理论工具的结合，确实有可能预测片状胶体粒子的自组装：一方面，基于进化算法思想的可靠而有效的优化工具有助于识别T = 0时期望的有序平衡结构;另一方面，合适的模拟技术允许通过自由能计算来估计有限温度下的相图。有了这些强大的方法，我们能够识别各种各样的新兴的自组装方案的球形胶体装饰四补丁，我们调查和讨论的稳定性的晶体结构上修改在一个可控的方式四面体排列的补丁。
2012-06-13 cond-mat.soft
Neuroevolutionary learning of particles and protocols for self-assembly
在模拟沉积在表面上的分子，我们表明，神经进化学习可以设计粒子和时间依赖的协议，以促进自组装，没有输入的物理概念，如热平衡或机械稳定性，没有候选或竞争结构的先验知识。学习算法能够进行定向和探索性设计：它可以组装具有用户定义属性的材料，或者在指定序参量的空间中搜索新颖性。在后一种模式中，它探索的是可以制造的空间，而不是能量低但不一定能在动力学上接近的结构空间。
2020-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cs.NE
Perspective: Geometrically-Frustrated Assemblies
这种观点将概述一个新兴的范例自组织软材料，{ \it几何挫折组件}，其中自组装元件（如颗粒，大分子，蛋白质）之间的相互作用有利于本地包装图案，不兼容的统一的全球秩序的组装。该分类适用于广泛的材料组装体，包括自扭转蛋白质丝束、淀粉样纤维、手性近晶和膜、颗粒包被液滴、弯曲蛋白质壳和相分离脂质囊泡。在组装体中，几何挫挫导致了许多异常的结构和热力学性质，包括非均质和内应力平衡结构、自限组装和平衡组装结构中的拓扑缺陷。这种观点的目的是1）突出统一的原则和后果的几何挫折在软物质组件，2）分类已知的不同的“模式”的挫折和审查相应的实验例子，和3）描述尚未解决的突出问题的独特性质和行为的这一广泛的系统类别。
2016-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linker-mediated self-assembly of mobile DNA-coated colloids
开发为特定应用量身定制的材料的建造方法，并对建筑块的放置进行绝对控制，这是一个巨大的挑战。DNA包覆的胶体提供了实现可编程自组装的可能性，原则上，它可以在平衡状态下组装几乎任何结构，但在实验上仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个创新的系统连接介导的移动DNA包被的胶体（mDNAACCs），其中mDNAACCs是桥接的游离DNA连接在溶液中，其两个单链DNA尾巴可以结合特定的单链DNA受体的互补序列包被在胶体上。我们制定了一个平均场论有效地计算mDNACC之间的有效相互作用，其中DNA连接子的熵起着重要的作用。特别地，当溶液中的游离DNA接头与mDNACC上的相应受体之间的结合较强时，接头介导的胶体相互作用由取决于接头浓度的接头熵决定。
2020-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
