Paramagnetic filaments in a fast precessing field: Planar versus helical conformations
我们研究了在旋进磁场存在下顺磁珠弹性链的解析平衡构象。这些细丝的构象是通过最小化它们的总能量来确定的，在谐波近似下，弯曲能的总和是其曲率的二次方，磁偶极相互作用能的总和是与细丝相切的矢量在进动轴上的投影的二次方。特别是，我们分析了两个家庭的开放丝与他们的端部对齐沿进动轴和平面曲线和螺旋线段描述。这些配置的特征在于两个参数编码的特点，如他们的长度，他们的两端之间的分离，以及他们的弯曲和磁模量，后者是成比例的幅度和旋进角的磁场。基于充满活力的参数，我们提出了一套参数值，这些家庭的曲线是可能发生的。
2017-11-16 cond-mat.soft
Effects of inertia on conformation and dynamics of tangentially-driven active filaments
本研究针对宏观柔性切向驱动活性丝系统，通过不同动力学 regime 的Langevin模拟及质心速度关联解析计算，揭示了高活性下惯性对其构象、标度行为及长时间质心扩散的显著影响与机制。
2023-03-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent Softening and Stiffening Dictate Transport of Active Filaments
该研究构建了由介电胶体粒子组成的活性半柔性丝实验平台，发现收缩流引发软化而伸展流引发硬化，且构象动力学时间尺度直接主导输运行为，为合成丝状活性物质提供了通用实验平台。
2025-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Squeezed Helical Elastica
我们从理论上研究了限制在平面上的螺旋半柔性细丝的构象。根据材料参数，这种挤压螺旋呈现出各种意想不到的形状，如圆形、波浪形或螺旋形。我们详细探讨了构象空间，并表明形状可以理解为构象准粒子的相互弹性相互作用。我们的理论结果是潜在的有用的，以确定在实验环境中的这种螺旋丝的材料参数。
2016-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Conformations of entangled semiflexible polymers: entropic trapping and transient non-equilibrium distributions
管模型是聚合物物理学中的一个核心概念，它可以将复杂的多丝缠结聚合物溶液问题简化为单丝描述。研究了半柔性聚合物溶液中约束管和单笼丝构象的概率分布函数。计算机模拟开发，模仿实际动态的限制聚合物在无序系统与拓扑约束的时间尺度上的局部平衡，但远低于大规模的网络重排。我们观察曲率的统计分布，并将我们的结果与最近的实验结果进行比较。出乎意料的是，所观察到的分布显示出明显的差异，从自由聚合物，即使在排除体积的情况下。广泛的模拟允许属性这些功能的熵捕获网络空隙空间。瞬态非平衡分布被证明是一个通用的功能，在中间的时间尺度淬火无序系统。
2009-08-02 cond-mat.soft
Fractional Brownian motion meets topology: statistical and topological properties of globular macromolecules with volume interactions
本文研究了具有短程体积相互作用的分数布朗高分子链的统计和拓扑性质。注意的是在三维空间中的分形维数$D_f\ge 2$塌缩构象的统计性质，这是分析数字和\textit{via}的平均场弗洛里方法。我们的研究的动机是试图模仿的构象统计的崩溃unknotted聚合物环，这是已知的形成紧凑的层次皱球（CG）与$D_f=3$在大规模。用调整到分形维数$D_f=3$的自避免分形路径代替拓扑稳定的CG态，我们极大地简化了生成紧凑的自避免构象的问题，因为我们从考虑中洗出了拓扑约束。我们利用蒙特卡罗模拟制备了具有不同分形维数的溶胀链的平衡系综。Flory参数与模拟构象的统计分析相结合，可以推断种子链的分形维数上的溶胀链的临界指数的依赖性。我们发现，随着$D_f$的增加，典型的构象变得更加领土和少打结。的结的复杂性，$P(χ)$为各种分形维数的溶胀链的分布表明体积相互作用的分形路径的统计和拓扑性质之间的密切关系。
2021-01-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Optimal Translocation of Living \& Active Filaments in Confinement
University of Padova（帕多瓦大学）；ICTP South American Institute for Fundamental Research, Instituto de Física Teórica, Universidade Estadual Paulista（国际理论物理中心南美基础研究所，理论物理研究所，圣保罗州立大学）；van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（范德瓦耳斯-泽曼研究所，物理研究所，阿姆斯特丹大学）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；GISC - Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos, Universidad Complutense de Madrid（跨学科复杂系统小组，马德里康普顿斯大学）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所，帕多瓦分部）
通过蠕虫模型和活性细丝模拟，发现活性与重定向共同控制受限空间中的逃逸，且中间温度下转运效率最高。
2026-06-15 cond-mat.soft
The physics of active polymers and filaments
活性物质剂消耗内能或从环境中提取能量用于运动和力的产生。已经相当通用的模型，如积极的布朗粒子的合奏，表现出的现象，这是不存在的平衡，特别是运动引起的相分离和集体运动。进一步有趣的非平衡效应出现在组装的结合活性剂，如在线性聚合物或长丝。活性和构象自由度的相互作用产生了新的结构和动力学特征的个别聚合物，以及在相互作用的合奏。这种不平衡聚合物是生命物质的组成部分，从具有由细胞骨架中的马达蛋白和转录过程中的RNA/DNA推动的细丝的生物细胞，到长群集细菌和蠕虫，例如奇异变形杆菌和秀丽隐杆线虫。甚至人工活性聚合物也已合成。活性聚合物或细丝的涌现性质取决于活性过程与其构象自由度的耦合，这方面在本文中得到了解决。切向和各向同性自推进或主动浴驱动的聚合物的理论模型，在存在和不存在的流体动力学相互作用。他们的构象和动力学性质的后果进行检查，强调强烈的影响活动和流体动力学相互作用之间的耦合。新兴的现象，诱导的空间和流体动力学相互作用的特殊功能，突出显示。各种重要的，但理论上未探索，方面的特点和未来的挑战进行了讨论。
2020-06-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Brownian microhydrodynamics of active filaments
在生物、物理和技术背景下，能够在没有外部驱动的情况下在静止流体中自发运动的细长体是常见的。流体的自发流动、布朗运动和物体的弹性之间的相互作用是一个具有挑战性的流固耦合问题。在这里，我们模拟这个问题，近似细长体作为一个弹性细丝，可以施加非平衡速度或应力在流体-结构界面。我们推导出这样一个积极的灯丝的运动方程，通过强制执行动量守恒的流体-结构相互作用，并假设在流体中的缓慢粘性流动。流体-结构相互作用可通过积分方程的解得到，达到任何所需的精度。一个简化形式的运动方程，允许有效的数值解，通过应用Kirkwood-Riseman叠加近似的积分方程。我们使用这种形式的运动方程来研究自由和铰接的最小活动细丝中的动力学稳态。我们的模型提供了基础，研究集体现象的动量守恒，布朗，主动丝悬浮液。
2015-08-12 cond-mat.soft
A Brownian dynamics algorithm for entangled wormlike threads
我们提出了一个混合布朗动力学/蒙特卡罗算法模拟高度纠缠的半柔性聚合物或细丝的解决方案。该算法结合了布朗动力学的时间步进的方法与一个有效的计划，拒绝移动，导致链交叉或排除体积重叠。该算法允许模拟无限薄，但uncrossable线程的限制，并适合于模拟实验中获得的条件下的解决方案的长肌动蛋白丝。
2006-10-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multi-filament coordination rescues active transport from inertia-induced spinning arrest
School of Computational and Integrative Sciences, Jawaharlal Nehru University（计算与综合科学学院，贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学）
研究通过多丝协调机制克服惯性诱导的运动停滞，发现通过立体约束消除螺旋构象，恢复定向运输，揭示了机械驱动的运动增强机制。
2026-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Autonomous Motility of Active Filaments due to Spontaneous Flow-Symmetry Breaking
我们模拟了弹性细丝的非局部斯托克斯流体动力学，弹性细丝是活跃的，由于应力沿其轮廓的永久分布。一个弯曲的不稳定性，最初直丝自发地打破流动对称性，并导致自主的长丝运动，这取决于构象对称性，可以是平移或旋转。在高的活动弹性比，线性不稳定发展成非线性波动状态与大幅变形。这些状态的动力学可以定性地理解为与相反对称的细丝构象模式相关的平移和旋转运动的叠加。我们的结果可以在分子马达细丝混合物、自催化颗粒的合成链或其他线性连接系统中进行测试，其中化学能在流体环境中转化为机械能。
2012-10-10 cond-mat.soft q-bio.BM
Tracking the Brownian motion of DNA-functionalized magnetic nanoparticles for conformation analysis beyond the optical resolution limit
University of Kassel（卡塞尔大学）；Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT)（跨学科纳米结构科学与技术中心）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）
通过布朗运动分析DNA功能化磁性纳米颗粒的构象，超越光学分辨率极限，揭示水动力学标度与dsDNA长度的关系。
2026-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Dynamic instability of a growing adsorbed polymorphic filament
聚合物组装体中缓慢生长和快速收缩之间的间歇性转变被称为动态不稳定性，这是在包括微管、肌动蛋白及其细菌类似物在内的各种生物化学上不同的组装体中观察到的特征。这种聚合物的不稳定相的存在在细胞骨架动力学中具有许多功能性后果，并且其重复出现表明它相对容易进化。在这里，我们认为存在的动态不稳定性的最小成分，通过考虑一个单一的多态性的长丝，通过结合到一个基板，经历了构象变化，并可能解绑作为结果的残余应变引起的这种变化。我们确定了两个参数，控制相空间的可能性的细丝：一个结构的机械参数，其特征在于沿细丝的键强度的比率与基板（或相当于在组装的纵向横向相互作用的比率），和动力学参数，其特征在于生长和构象变化的时间尺度的比率。在确定性极限中，这些参数用来区分不间断增长的区域和崩溃的区域。然而，在结构或动力学参数中存在无序的情况下，生长和塌陷阶段可以共存，其中细丝可以缓慢生长，快速收缩，并且在这些阶段之间过渡，从而表现出动态不稳定性。我们展示了动态不稳定的相图，使我们能够量化这个不稳定的阶段的演化存在的窗口。
2011-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Statistical properties of a tangentially driven active filament
活性聚合物在许多生物系统中起着核心作用，从细菌鞭毛到细胞骨架。半柔性活性丝的极小模型已被用于研究活性系统中的许多有趣现象，如活性向列体中的缺陷动力学、运动分析中的成簇和成线以及真核细胞中染色质的构象特性。本文将半柔性聚合物映射为精确可解的活性Rouse链，从而可以解析计算具有任意刚性的活性聚合物的构型和动力学性质.
2019-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dominance of extreme statistics in a prototype many-body Brownian ratchet
许多形式的细胞运动依赖于布朗棘轮机制，涉及多个随机过程。我们提出了一个计算和理论研究的非平衡统计动力学这样一个多体棘轮，在特定形式的一个不断增长的聚合物凝胶，推动扩散障碍。我们发现，经常被忽视的相关性之间的构成细丝的影响稳态动力学和显着耗尽凝胶的密度在其前沿的分子距离。这些行为被捕获定量的自洽理论在细丝的空间分布的极端波动。
2014-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Broken Detailed Balance of Filament Dynamics in Active Networks
肌球蛋白马达蛋白驱动细胞肌动蛋白细胞骨架的剧烈稳态波动。内源性嵌入的半柔性细丝，如微管，或添加的细丝，如单壁碳纳米管被用作新的工具，以非侵入性地跟踪在这样的生物聚合物网络的平衡和非平衡波动。在这里，我们分析计算形状波动的半柔性探针细丝在粘弹性环境中，驱动电机活动的平衡。探针丝的横向弯曲起伏可以分解为动态简正模。我们发现，这些模式不再独立发展下的非平衡驱动。这种有效模式耦合导致构象相空间中的非零循环电流，反映了对细致平衡的破坏。我们提出的预测与这些电流相关的特征频率，并调查如何确定模式的相关性，我们发现嵌入在细胞骨架网络中的微管最近的实验是一致的运动活动的时间签名。
2016-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Flagellar dynamics of a connected chain of active, Brownian particles
真核生物鞭毛是一种由微管、运动蛋白和弹性连接组成的复杂结构。它们能够在马达的驱动下沿着一端受到约束的细丝滑动，从而产生鞭状运动。在这里，我们表明，活跃的，自我推进的颗粒连接在一起，形成一个单一的链，锚定在一端可以产生优雅的殴打运动的鞭毛。我们使用数值模拟，尺度分析和平均场连续弹性理论的组合来标定这种类型的振荡运动的相图作为灯丝长度，被动弹性，推进力和纵向持久性的推进方向的函数。根据锚定的性质，我们表明，长丝要么经历鞭毛样殴打或假定一个稳定的旋转卷曲构象。我们的系统比它的生物灵感更简单，因此可以使用各种自推进粒子进行实验。
2012-11-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Conformational properties of active semiflexible polymers
本文理论上研究了活性噪声下柔性及半柔性聚合物的构象性质，采用连续高斯半柔性聚合物模型并考虑有限拉伸性，发现活性强烈影响弛豫时间，且随活性增加聚合物发生从弯曲弹性主导到柔性动力学的转变，并伴随显著的噪声诱导收缩与大活性下的膨胀。
2016-10-25 cond-mat.soft
A simulation platform for slender, semiflexible, and inextensible fibers with Brownian hydrodynamics and steric repulsion
本文提出了一个用于细长、半柔性、不可伸长纤维的模拟平台，结合非局部流体动力学与空间位阻排斥，并通过沉降纤维和交联纤维网络两个算例验证了方法的有效性。
2024-11-20 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Contractile actuation and dynamical gel assembly of paramagnetic filaments in fast precessing fields
利用模拟和连续近似分析研究了快速旋进磁场影响下的柔性超顺磁纤维。我们发现，个别丝可以施加可控的张力沿进动轴。这些力被用于微观驱动。在散装，细丝可以迅速组装成不同的配置，其材料特性取决于场参数。旋进频率通过改变纤维末端的净扭矩来影响纤维的聚集和构象。使用依赖于时间的旋进角允许在选择细丝聚集体的性质方面有相当大的自由度。作为一个例子，我们设计了一个领域，扭曲链在一起，动态组装一个自我修复的凝胶。
2017-11-16 cond-mat.soft
Effective elasticity of a flexible filament bound to a deformable cylindrical surface
我们使用数值模拟来展示如何一个完全灵活的细丝绑定到一个可变形的圆柱形表面可能获得宏观持久性长度和螺旋构象。这是弹性薄板变形时的非平凡弹性响应的结果。我们发现，细丝的螺距是完全由表面的机械性能，并可以通过改变细丝的结合能进行调谐。我们提出了简单的缩放参数来理解这种现象背后的物理机制，并提出了一个相图，表明在什么条件下，人们应该期望一个完全灵活的链表现为螺旋半柔性长丝。最后，我们讨论了我们的结果的影响。
2010-05-13 cond-mat.soft
Conformation and dynamics of partially active linear polymers
本研究通过数值模拟揭示部分活性聚合物中活性区块位置可调控其构象与扩散系数，并发现降低活性可增强扩散，为活性生物物理系统建模提供参考。
2023-08-31 cond-mat.soft
Average Structures of a Single Knotted Ring Polymer
用布朗动力学方法研究了单结环聚合物的两种平均结构。对于具有N个链段的环状聚合物，其结构由3 N维构象矢量表示，该构象矢量由相对于环状聚合物的质心的链段位置的笛卡尔坐标组成。平均结构由平均构象向量给出，其自洽地定义为从模拟中获得的构象向量的平均值，每个构象向量被旋转以使其与平均构象向量的距离最小化。从模拟中采样的每个构象向量，通过改变片段的编号来生成2N个构象向量。在2N个构象向量中，最接近平均构象向量的一个用于一种类型的平均结构。另一种类型的平均值结构使用从模拟中采样的构造向量生成的所有构造向量。在前一种平均结构的情况下，平均结构的结部分在低氮时是离域的，而随着氮的增加，结部分变得局域化。在后一种平均结构的情况下，平均结构从小N时的双环结构变为大N时的单环结构，这表明打结部分的定域-离域转变。
2008-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal scaling of conformations of tangentially driven ring polymers
Istituto Applicazioni Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（计算应用研究所，意大利国家研究委员会）；Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（先进模拟研究所，于利希研究中心）
研究切向驱动环形聚合物构象，通过布朗动力学模拟，用与活性相关的弗洛里指数普遍表征其标度性质，高活性下有效持久长度可表征活性柔性环构象。
2026-07-13 cond-mat.soft
Conformational dynamics and internal friction in homo-polymer globules: equilibrium vs. non-equilibrium simulations
我们用溶剂隐式布朗动力学方法研究了均聚物小球的构象动力学。观察到内链动力学对Lennard-Jones内聚强度ε和小球尺寸NG的强烈依赖性。我们发现了两种不同的动力学区域：具有快速内部动力学的类液体区域（ε < εs）和具有缓慢内部动力学的类固体区域（ε > εs）。这种凝固转变的内聚强度εs取决于NG。平衡模拟，在那里我们调查的扩散链动力学内的球，与非平衡模拟，在那里我们展开的球通过拉链端与规定的速度（包括足够低的速度，使线性响应，粘性制度达到）。从这两个模拟协议，我们得到的内部粘度内的小球。在类液区，内耗随ε的增大而不断增大，在NG中则是扩展的。这表明了一种内部摩擦的情况，其中整个链（或其大部分）参与了球状结构的构象重组。
2011-09-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Control of active polymeric filaments by chemically-powered nanomotors
具有独特非平衡性质的活性材料在材料科学中有着广泛的应用。活性系统在生物体中很常见，例如细胞中由分子马达激活的细丝网络，以及在材料科学中，例如由化学反应激活的水凝胶。在这里，我们描述了另一类活性聚合物细丝系统，其中细丝由具有催化和非催化部分的嵌入式化学动力纳米马达激活。催化表面上的化学反应产生作用于聚合物长丝的力。通过改变非平衡条件，可以使这些力改变符号，从而压缩或扩张细丝。嵌入的马达提供了活动的来源和控制细丝构象结构的手段。作为一个例子的控制，我们表明，振荡变化的化学约束产生凝胶状网络之间的振荡膨胀或压缩的形式，很像那些水凝胶。
2022-09-13 cond-mat.soft
Many-body contacts in fractal polymer chains and fBm trajectories
本文计算了具有任意分形维数$d_f$的分数布朗运动的轨迹在给定时刻$t_1, ..., t_n$到达同一点$n \ge 3$次的概率，并得到了这些概率的位移-位移协方差矩阵的行列式表达式.除了具有$d_f = 2$的标准布朗轨迹外，所得到的多体接触概率不能被因式分解为单圈贡献的乘积。在我们最近提出的自相互作用聚合物链的高斯网络模型中，我们在这里计算的概率可以解释为具有相同分维$d_f$的分形聚合物构象中多体接触的概率。这种高斯方法意味着从分数布朗运动轨迹到聚合物构象的映射，可以用作拓扑稳定构象中聚合物链的半定量模型，例如，在非连接环的熔化物中或在染色质纤维中，染色质纤维是包含遗传信息的物质介质。因此，这里提出的模型可以用作解释基因组中多体接触数据的基准，我们预计很快就会在，例如，Hi-C实验
2019-01-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Shape selection of surface-bound helical filaments: biopolymers on curved membranes
出于理解生物细丝与各种类型的膜相互作用的行为，我们研究了与弯曲膜结合的本质螺旋细丝的形状和热力学的理论模型。我们发现，柔顺表面的相互作用导致了主机的非均匀形状的平衡，其中长丝逐渐从其原生扭曲与增加表面的相互作用和表面曲率，最终采用均匀接触的弯曲形状。后一种效应是由于各向异性弯曲表面上的长丝的弹性扭曲和弯曲之间的非线性耦合，例如这里考虑的圆柱形表面。通过结合数值解和渐近分析的形状平衡，我们表明，长丝构象是非常敏感的表面曲率在强和弱约束的限制。这些结果表明，膜结合的手性细丝的局部结构是一般敏感的曲率半径的表面，它是绑定的，即使当该半径是远远大于细丝的固有间距。几个原核和真核细丝的弹性参数和相互作用能的典型值表明，生物聚合物固有地对扭曲、相互作用和几何形状之间的耦合非常敏感，并且这可以用于调节各种过程，例如有针对性地施加力、信号和响应于几何线索（包括局部平均和高斯曲率）的自组装。
2016-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Semiflexible polymer in a gliding assay: reentrant transition, role of turnover and activity
我们认为一个可扩展的半柔性丝在两个维度上运动的运动检测明确表示为积极的谐波接头的马达蛋白的模型。它们的头部在捕获半径内将stochemical结合到聚合物片段，并且在分离之前以定向方式沿着细丝延伸。延伸率和分离率均依赖于负载，并在细丝上产生主动驱动。纤维经历了从开链到螺旋构象的一级相变，并且在主动延伸和周转（定义为附着-脱离速率的比率）中都显示出可重入行为。与相变相关联，聚合物的尺寸和形状非单调地变化，并且相关的自相关函数显示双指数衰减。相应的相关时间显示出一个最大值，表明螺旋的优势。取向动力学捕获的旋转的螺旋，其相关时间衰减与活动的幂律。
2020-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Colloidal transport by active filaments
增强胶体运输超出所施加的限制扩散通常是通过外部领域。在这里，我们证明了弹道输运的胶体球使用内部能源所提供的一个附加的活性丝。后者被建模为一个化学机械活性珠连接的潜力，强制半灵活性和自我回避链。流体流动所产生的活性珠和他们调解的力量明确考虑过阻尼运动方程描述的胶体长丝组件。运输的速度和效率取决于细丝的动态构象状态。我们的特点，这些国家使用细丝扭动作为序参量，并确定产生最大的速度和效率的运输。这里报道的运输机制有一个显着的相似之处鞭毛推进的微生物，这表明其在仿生系统中的实用程序。
2016-12-24 cond-mat.soft
Elasticity-based polymer sorting in active fluids: A Brownian dynamics study
虽然平衡介质中聚合物链的动力学现在已经很好地理解了，但活性非平衡环境中的聚合物动力学可能非常不同。在这里，我们研究的动态聚合物在粘性介质中含有自推进粒子在两个维度上使用布朗动力学模拟。我们发现，聚合物的质心表现出超扩散运动在短期到中期的时间和运动转向正常的时间长，但大大增强了扩散。有趣的是，长时间扩散率显示出作为链长和刚度的函数的非单调行为。我们分析了聚合物构象和自推进粒子的积累，以及聚合物的定向运动是如何相互关联的。在最大聚合物扩散率的点处，聚合物优先具有由链弹性和由活性颗粒产生的推进力之间的平衡维持的弯曲构象。我们还考虑了双阱势中主动驱动聚合物的势垒穿越动力学。的势垒跨越时间被证明有一个特殊的非单调的依赖关系，相关的扩散率。这种效应可以潜在地用于在\textit{in vitro}实验中从溶液中分选聚合物。
2017-06-22 cond-mat.soft
The impact of magnetic field on the conformations of supracolloidal polymer-like structures with super-paramagnetic monomers
我们研究了磁性超交点聚合物-磁性细丝（MF）-与超顺磁性单体，有和没有范德华力（VdW）之间的吸引力的性质。我们采用分子动力学（MD）模拟来阐明的影响的交联机制的结构和磁响应的MF施加均匀的外部磁场。我们考虑两种模型：普通交联，其产生柔性主链;和约束交联，其提供显著的抗弯曲刚度。我们发现，对于普通交联，即使是轻微增加的中央吸引力导致倒塌MF构象。随着磁场强度的增加，最初呈现球形对称的结构演变成圆柱对称的结构。普通交联也允许构象双稳态。相反，具有约束交联的MF倾向于在现场散开。在这两种交联的情况下，中央吸引力是能够阻碍低场磁响应的MF，虽然简单交联的MF的双稳态也体现在高场区域。
2020-03-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
Globule-like conformation and enhanced diffusion of active polymers
我们研究了由活性单体组成的聚合物的动力学和构象。通过布朗动力学模拟，我们表明，当每个单体的自推进的方向是对齐的骨干，聚合物经历了一个线圈到球状的过渡，突出的回转半径的标度指数的显着变化。同时，对于足够长的聚合物或大的自推进量，聚合物的质心的扩散系数变得基本上与聚合物尺寸无关。当单体的自推进不一定与聚合物的主链相切时，这些效应降低。我们的研究结果，合理化的最小随机模型，活性控制的聚合物，并可能为新一代的聚合物为基础的药物载体开辟了新的途径。
2018-05-28 cond-mat.soft
Self-propelled Worm-like Filaments: Spontaneous Spiral Formation, Structure, and Dynamics
利用布朗动力学模拟方法研究了沿切向量均匀推进的蠕虫状细丝。在两个维度的系统进行了研究，相应的长丝吸附到界面或表面。一个大的参数空间，包括弱和强的推进，以及灵活和僵硬的细丝进行了探索。对于强力推进和柔性的细丝，自由游动的细丝自发地形成稳定的螺旋。推进力对动力学性质，如旋转和平移均方位移和构象采样率有很大影响。特别地，当主动自推进主导热扩散，但对于螺旋形成太弱时，旋转扩散系数具有由$v_c/ξ_P$给出的活动引起的贡献，其中$v_c$是轮廓速度，$ξ_P$是持续长度。相反，只要没有螺旋形成，结构性质几乎不受系统活动的影响。该模型模拟了生物系统的共同特征，如运动测定或细长细菌上的微管和肌动蛋白丝，以及人工设计的微游泳者。
2015-08-06 cond-mat.soft
4D Liquid-phase Electron Microscopy of Ferritin by Brownian Single Particle Analysis
蛋白质的功能和活性是其三维结构的结果。低温电子显微照片的单粒子分析从根本上改变了结构生物学，允许几乎任何类型的蛋白质的原子重建。虽然这种方法提供了可以与功能相关的三维结构信息的快照，但蛋白质结构生物学的新前沿是第四维，时间。在这里，我们建议使用液相电子显微镜，以扩大结构生物学的动态研究。我们在这里应用单粒子分析算法的布朗运动通过时间的蛋白质的图像;因此，布朗单粒子分析（BSPA）。BSPA能够将采集时间从冷冻EM中的数小时缩短到数秒，并获得有关构象变化、水合动力学和热波动影响的信息。BSPA提供了所有这些以前被忽视的方面，可能会导致一个新领域的边缘：动态结构生物学。
2019-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Fractional Brownian motion and the critical dynamics of zipping polymers
我们考虑两个长度为$L$的互补聚合物链通过共同的末端单体连接。两条链通过互补单体结合，在低温下形成双链构象（拉链），而在高温下它们解离（解拉链）。这是DNA（或RNA）发夹形成的简单模型。在这里，我们调查的动态链在平衡临界温度$T=T_c$使用Monte Carlo劳斯动力学。我们发现，动力学是异常的，与$τ\sim L^{2.26(2)}$的特征时间标度，超过了劳斯时间$\sim L^{2.18}$。我们调查的概率分布函数，速度自相关函数，生存概率和边界行为的基本随机过程。这些量的比例与Hurst指数为$H=0.44(1)$的分数布朗运动的比例相同。我们讨论了无偏聚合物易位的相似性和差异。
2012-03-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Conformation and dynamics of a self-avoiding active flexible polymer
我们研究了聚合物的构象和动力学，将其单体视为活性布朗粒子。这种活性聚合物显示出非常有趣的物理行为，这在活性劳斯链中是不存在的。链最初收缩与积极的力量，这开始膨胀进一步增加的力量。膨胀后的收缩完全归因于单体之间的排斥体积相互作用。在溶胀状态下，链表现出从自回避行为到Rouse行为的交叉，端到端距离的标度指数为$ν_a \simeq 1/2$。通过各种物理量，具体地，单体的径向分布函数，散射时间，以及各种能量计算，分析了结构中的非单调性。链松弛速度比劳斯链在中间力制度，与交叉的松弛时间的变化在大的主动力由幂律$τ_r \sim Pe^{-4/3}$（PE是Péclet数）。
2020-04-10 cond-mat.soft
Crowding-Enhanced Diffusion: An Exact Theory for Highly Entangled Self-Propelled Stiff Filaments
我们研究了一个强烈的相互作用拥挤的系统的自推进刚性细丝事件驱动的布朗动力学模拟和分析理论，以阐明拥挤和自推进的复杂相互作用。我们发现一个显着增加的有效扩散系数后，增加的细丝数密度超过一个数量级。这种反直觉的“拥挤更快”的行为可以通过扩展Doi和Edwards开创的用于高度纠缠的拥挤、被动到主动系统的限制管的概念来合理化。我们预测的有效扩散系数的Péclet数和细丝数密度的函数的标度理论。随后，我们证明了一个精确的表达式推导出一个单一的自推进丝与运动参数作为输入可以预测的非平凡的时空动态在整个范围内的长度和时间尺度。特别是，我们的理论捕捉短时间的扩散，定向游泳运动在中间的时间，并在长时间的过渡到完整的取向松弛。
2022-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Morphological transitions of elastic filaments in shear flow
粘性流中弹性细丝的形态动力学、不稳定性和转变是从鞭毛推进到细胞内流动的大量生物物理过程的基础，也是解读许多复杂流体和软材料流变行为的关键。在这里，我们结合实验和计算建模来阐明在一个简单的剪切流的弹性布朗细丝的动力学制度和形态转变。肌动蛋白丝作为一个实验模型系统和它们的构象进行了研究，通过荧光显微镜在微流控通道。模拟匹配的实验条件下，也进行了使用不可扩展的欧拉-伯努利梁理论和非本地细长体流体动力学的存在下的热波动，并同意定量与观测。我们证明，在这个系统中的长丝动力学主要是由一个无量纲的弹性-粘性数比较粘性阻力弹性弯曲力，热波动只起次要作用。而短的和刚性的长丝执行准周期翻滚运动，屈曲不稳定性以上的临界流动强度出现。第二个过渡到强烈变形的形状发生在一个更大的值的弹性粘性数，其特征在于出现局部高曲率弯曲，传播沿长丝在明显的“蛇形”运动。一个理论模型，迄今尚未探索的蛇形发病准确地预测过渡，并解释了观察到的动态。对于第一次，我们提出了一个完整的表征的长丝形态和过渡的弹性粘性数和缩放的持久性长度的函数，并表现出良好的理论，实验和模拟之间的协议。
2018-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulating wet active polymers by multiparticle collision dynamics
嵌入流体中的活性布朗聚合物的构象和动力学性质取决于驱动机制的性质，例如，单体的自推进或外部驱动。在多粒子碰撞动力学（MPC）流体中的自推进和驱动的主动布朗聚合物的实现，捕捉两个驱动机制之间的显着差异。自推进单体的主动力自由性质需要MPC模拟方案的调整，其流和碰撞步骤，其中单体自推进速度必须在碰撞步骤中省略。MPC模拟结果的活性聚合物在稀溶液中的布朗动力学模拟结果占流体力学通过Rotne-Prager-Yamakawa张量的比较确认的实施的适用性。用静态和动态结构因子分析了聚合物的构象和动力学性质，讨论了动态结构因子随波数和时间的标度行为。动态结构因子显示各种活动引起的时间制度，取决于所考虑的波数，这反映了持续的扩散运动的整个聚合物在小的波数，和活动增强的内部动态在大波数。得到的模拟结果与理论预测进行了比较。
2022-01-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Active polymers translocate faster in confinement
本研究结合加州黑虫实验与活性聚合物模拟，揭示通道宽度、推进速度、细丝长度和刚度对受限穿越的调控规律，并用单一无量纲比值统一描述不同逃逸机制。
2025-10-20 cond-mat.soft
Flexible filaments buckle into helicoidal shapes in strong compressional flows
卷曲或螺旋形态的出现在自然界中是常见的，从植物根到DNA包装到病毒衣壳，以及在诸如石油钻探过程的应用中。在许多示例中，手征结构由直纤维的屈曲产生，该直纤维具有固有扭曲或者除了压缩力之外还被施加了端部力矩。在这里，我们阐明了一个通用的方式来形成规则的螺旋形状从非手性直丝运输粘性流与自由端。通过使用荧光标记的肌动蛋白丝在微流体发散流和两组不同的数值模拟的实验相结合，我们证明了螺旋形成的鲁棒性。进行非线性稳定性分析，并解释了这种手性结构的出现，从垂直平面屈曲模式的非线性相互作用，效果，只需要一个强大的压缩流，独立的确切性质的纤维或流场的类型。发现的形态转变和表征的新兴构象的基本机制推进了我们对几个生物和工业过程的理解，也可以用于手性物体的可控微制造。
2019-10-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reversibility, Chaos, and Attractors in Periodically Sheared Elastic Filaments
University of Perugia（佩鲁贾大学）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所国际理论科学中心）；PMMH-ESPCI, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等物理化工学院国立科学研究中央机构索邦大学巴黎西岱大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究通过实验和模拟揭示了周期性剪切下弹性纤维的不可逆动力学及吸引子跳跃现象，为软物质系统在时间依赖流中的设计与控制提供新视角。
2026-01-02 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
The Effects of the Interplay Between Motor and Brownian Forces on the Rheology of Active Gels
活性凝胶在细胞内发挥关键的机械作用，如细胞分裂、运动和力感测。执行这些功能所需的独特机械性能来自于分子马达和半柔性聚合物长丝之间的相互作用。分子马达可以将ATP水解释放的能量转化为高达皮牛顿量级的力。此外，形成活性凝胶的聚合物长丝足够柔韧以响应布朗力，但也足够硬以支撑由马达产生的力引起的大张力。预期布朗力具有显著的效果，特别是在运动活动中，在运动活动中制备稳定的非收缩性体外活性凝胶用于流变学测量。在这里，最初在电机主导动力学极限下制定的活性凝胶微观平均场论被扩展到包括布朗力。在这里提出的模型中，布朗力被准确地包括在内，在真实的室温下，即使在具有高运动活性的系统中。结果表明，一个微妙的相互作用，或竞争，电动机产生的力量和布朗力之间有一个重要的影响，在质量传输和流变性能的活性凝胶。模型预测表明，在低频率下，活性凝胶的动态模量主要由马达蛋白动力学决定。然而，布朗力显着增加的弛豫谱的宽度，并可以影响的形状的动态模量在一个很宽的频率范围内，即使电机布朗力的比例超过一百。由于电机和布朗力之间的比率是敏感的ATP浓度，这里提出的结果揭示了一些光的瞬态机械响应的活性凝胶如何改变与不同的ATP浓度。
2022-08-13 cond-mat.soft
Characteristic features of self-avoiding active Brownian polymers under linear shear flow
本文通过布朗动力学模拟研究了剪切流与活性噪声下柔性线性聚合物的构象与动力学特性，发现活性噪声会显著改变其幂律标度指数，并使剪切诱导拉伸呈现先压缩后拉伸的非单调行为。
2023-11-20 cond-mat.soft
Beating to rotational transition of a clamped active ribbon-like filament
我们提出了一个详细的研究下的压缩主动力使用布朗动力学模拟夹紧带状长丝。我们表明，一个夹紧带状细丝是能够捕获殴打以及压缩力下的旋转运动。振荡的性质由灯丝的扭转刚度决定。振动频率几乎与扭转刚度无关。长丝的跳动使自由端单体产生蝴蝶形轨迹，而旋转运动在平面上产生圆形轨迹。副正态相关和主成分分析揭示了自由端单体的蝶形、椭圆形和圆形轨迹。我们提出了一个相图中的压缩力和扭转刚度的参数制度的不同种类的运动。
2019-09-03 cond-mat.soft
Flexibility Controls Active-Filament Transport in Crowded Landscapes
Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学理论物理研究所）
通过布朗动力学模拟，研究活性聚合物在有序和无序障碍物阵列中的输运，发现柔性在中等时优化无序环境中的扩散，而半柔性细丝在密集有序阵列中因定向运动增强迁移率，并识别出三种输运机制。
2026-06-24 cond-mat.soft
Dynamics of flexible filaments in oscillatory shear flows
柔性纤维和粘性流之间的流体-结构相互作用在各种生物现象、医学问题和工业过程中起着至关重要的作用。特别令人感兴趣的是在随时间变化的流动中自由输送的颗粒的情况。本研究结合微流控实验、数值模拟和理论模型，阐明了振荡剪切流作用下肌动蛋白丝的动力学和形态学。我们的工作表明，在稳定的剪切流，其中小的取向波动从流动对齐状态启动翻滚和变形，周期性的流动逆转允许长丝在每个周期的开始探索许多不同的配置。半周期振荡期间的暗条运动的调查突出了紧急动力学的初始暗条取向的关键作用。这种强烈的方向和变形之间的耦合导致新的变形制度和新的高阶屈曲模式不存在于稳定的剪切流。我们的分析的主要结果是抑制的屈曲不稳定性的振荡频率和初始细丝取向的某些组合的可能性，即使在非常强的流动。我们解释这种不寻常的行为，通过弱非线性朗道理论的屈曲，在该理论中，我们把长丝作为不可扩展的布朗欧拉-伯努利杆的流体动力学描述的本地细长体理论。
2022-05-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Theory for the nonequilibrium dynamics of flexible chain molecules: relaxation to equilibrium of pentadecane from an all-trans conformation
我们扩展到非平衡过程，我们最近的柔性链分子的长时间动力学理论。以前的理论通过时间关联函数描述了（生物）聚合物中任何键或原子间分离的平衡运动，而目前的理论扩展使得能够预测在过程中发生的非平衡弛豫，例如T-跳跃实验，其中存在例如不同平衡态之间的突然转变。作为理论的一个测试，我们认为“展开”的十五烷时，它是从一个受约束的全反式构象运输到一个随机卷曲状态在热平衡。释放约束后的均方端到端距离的时间演化计算从理论和布朗动力学（BD）模拟。理论的预测与BD模拟吻合得很好。此外，这一理论大大节省了计算机时间。这项工作是一个起点的应用新方法的非平衡过程与生物学的重要性，如螺旋线圈过渡和蛋白质折叠。
1998-02-25 cond-mat.soft
Kinetically arrested clusters in active filament arrays
本文通过布朗动力学模拟与理论，研究一端固定活性弹性细丝阵列的自组装，发现其可形成规则间隔的动力学停滞团簇，并建立团簇数量与间距同活性、弹性和接枝密度的理论关系，为仿生自组装材料设计提供原则。
2024-12-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Diffusiophoretic Brownian dynamics: characterization of hydrodynamic effects for an active chemoattractive polymer
本文优化泳动布朗动力学以匹配显式溶剂流体力学结果，揭示活性趋化聚合物的塌缩转变及回转半径、弛豫时间随链长的非单调增长。
2024-06-14 cond-mat.soft
Self-induced hydrodynamic coil-stretch transition of active polymers
我们分析了活性聚合物模型的构象动力学和统计性质。该聚合物被描述为一个自由连接的珠棒链受到随机的主动力偶极子，作用于悬浮溶剂，在那里他们驱动长距离的流体流动。使用朗之万模拟孤立链在无限制的域，我们展示了如何耦合的活动流与聚合物构象导致紧急动态。具有可收缩偶极的系统的行为类似于由于偶极流而具有增强的波动的被动布朗链。然而，在具有可扩展偶极子的系统中，我们的模拟揭示了一个活跃的线圈拉伸过渡，从而聚合物自发地展开并在其自身的自诱导流体动力学流动中伸展，并且我们表征了这种过渡的无量纲活动参数比较活跃的偶极力热波动。我们讨论了我们的研究结果的背景下，经典的被动聚合物在拉伸流动的线圈拉伸过渡，并补充我们的模拟与一个简单的动力学模型的活性三聚体。
2022-01-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Geometric theory of elastic curves constrained on rigid curved surfaces
Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）
本文提出一种从第一性原理推导的粗粒化几何理论，用于描述刚性曲面上的一维弹性曲线，该理论明确包含拉伸、弯曲和扭转，并用于确定不同高斯曲率表面上的平衡构象。
2026-10-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
