Generic growth instabilities in one-layered tissue sheets
在一个随机的，无格子的单细胞模型，它认为是离散的细胞结构的组织，和一个粗粒度的分析方法，在一层模型组织片的生长和折叠进行了研究。通过弯曲项来考虑组织片的极性。细胞分裂产生局部增加的度量。一个指数和幂律增长制度确定。在这两种机制中，一旦弯曲贡献变得太小而不能补偿细胞增殖的不稳定效应，就会发生折叠。讨论了潜在的生物学相关性。
1999-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Instabilities in elastomers and soft tissues
生物软组织表现出与橡胶类材料（弹性体）截然不同的弹性特性。为了更好地了解本构关系在确定材料的负载下的响应的作用，我们比较了三种不同类型的不稳定性（两个在压缩，一个在扩展）在超弹性的各种形式的应变能函数通常用于弹性体和软组织。令人惊讶的是，我们发现软组织的应变硬化特性并不总是稳定的材料。特别是，我们表明，压缩半空间和压缩球形厚壳的稳定性分析可以导致相反的结论：软组织材料是更稳定的弹性体在前一种情况下，在后一种情况下不太稳定。
2007-11-29 cond-mat.soft
Compression Instabilities of Tissues with Localized Strain Softening
受马凡氏综合征影响的生物软组织的应力-应变关系被认为是非凸的。更具体地说，Haughton和Merodio最近提出了导致局部应变软化的应变-能量密度，以模拟这些各向同性不可压缩组织的不寻常的机械行为。在这里，我们调查这种选择的应变能如何影响一些不稳定性研究的结果，如那些关注的压缩的无限和半无限的固体，平板，和圆柱体，或与弯曲的块，并绘制与已知的结果建立以前的情况下，一个经典的新胡克固体的比较。我们发现，局部应变软化效应导致早期的不稳定性，只有当不稳定性发生在严重的压缩比的新胡克固体，是散装，表面和弯曲不稳定性的情况下。
2013-02-04 cond-mat.soft
Fluctuations can induce local nematic order and extensile stress in monolayers of motile cells
最近在各种细胞类型的实验表明，二维组织往往显示局部的有序性，在拓扑缺陷的动力学中表现出伸展应力的证据。使用一个介观模型，其中组织流产生的波动牵引力耦合到的有序序参量，我们表明，由此产生的组织动力学可以自发地产生局部有序和可扩展的内部应力。该模型的一个关键要素是假设，在存在局部平行排列的情况下，细胞优先沿着平行轴爬行，从而导致波动的各向异性。我们的工作表明，活动可以驱动组织中的伸展或收缩应力，这取决于皮质细胞骨架的收缩性和细胞对细胞外基质的牵引力的相对强度。
2021-02-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active T1 transitions in cellular networks
在组织中的非晶态固体中，相邻交换可以放松局部应力并允许材料流动。在本文中，我们使用各向异性的顶点模型来研究多边形细胞网络中的T1重排。我们考虑两种不同的物理实现的主动各向异性应力：（i）各向异性的键张力和（ii）各向异性的细胞应力。有趣的是，这两种类型的主动应力导致T1转换和细胞伸长的相对取向的模式是不同的。我们的工作表明，这两个实现的各向异性主动应力可以观察到\textit{in vivo}。我们描述和解释这些结果，通过镜头的连续描述的组织作为各向异性的活性材料。我们进一步讨论了动态组织的能量学，并将能量平衡表示为内部弹性能、机械功、化学功和热。这使我们能够定义可以在消耗化学能的同时执行机械功的主动T1跃迁。
2022-03-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of Wound Closure in Living Nematic Epithelia
University of Bristol（布里斯托大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences（艾萨克·牛顿数学科学研究所）
研究活体非易变上皮层伤口闭合的动力学，发现活性应力的收缩性加速闭合，伸展性则减缓闭合，并揭示拓扑缺陷在闭合过程中的作用。
2026-02-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamic instabilities in active cholesteric liquid crystals
本文描述了在胆甾相液晶中引入主方向沿局域指向矢的主动应力的基本性质和结果。螺旋基态被发现是线性不稳定的拉伸应力，没有阈值的限制，在无限大的系统尺寸，而收缩应力的流体动力学屏蔽的弹性给一个有限的阈值。这是证实数值和非线性后果的不稳定性，在伸展和收缩的情况下，进行了研究。我们还考虑了与缺陷相关的应力在pitch（$λ$线），并显示如何几何形状附近的缺陷产生阈值的流动，让人想起那些在活动向列相的缺陷。在大的可扩展活动$λ$线是自发创建的，并可以形成由恒定的活动流维持的稳态模式。
2017-01-18 cond-mat.soft
Emergence of active nematics in bacterial biofilms
生长的组织和细菌菌落是活性物质系统，其中细胞分裂和细胞运动产生活性应力。虽然它们在非平衡状态下运行，但这些生物系统可以形成大规模的有序结构，如向列排列的细胞、拓扑缺陷和指状结构。机械不稳定性也发挥了重要作用，在增长过程中产生大的结构折叠。活性物质动力学和机械不稳定性如何一起在生长的组织中形成大规模的秩序还没有很好的理解。在这里，我们使用链形成枯草芽孢杆菌，也被称为生物膜，研究主动应力和生物有序之间的直接关系。我们发现，细菌生物膜具有内在的长度尺度以上的一系列机械不稳定性发生。局部应力和摩擦控制线性屈曲和边缘不稳定性。值得注意的是，这些不稳定性发展向列对齐的细胞结构，并创建对运动和静止的拓扑缺陷。我们还观察到，整个生物膜的应力分布强烈依赖于缺陷的动力学，可以进一步启动形成的孢子形成位点，通过创建三维结构。通过研究细菌生物膜的形成及其力学不稳定性，我们提出了一种新型的活性物质系统，该系统为研究向列体在生物组织生长中的重要作用提供了一个独特的平台。
2018-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Differential-activity driven instabilities in biphasic active matter
主动应力可导致收缩凝胶和活组织的不稳定性。在这里，我们描述了一个通用的流体力学理论，把这些系统作为一个混合物的两个阶段的不同活动和不同的机械性能。我们发现，相之间的差分活动提供了一种机制，造成分层不稳定。我们遵循的非线性演化的不稳定性和特征所产生的图案的相图。我们的研究补充了混合物中的其他不稳定机制，如差异生长，形状，运动或粘附。
2017-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mechanics of invagination and folding: hybridized instabilities when one soft tissue grows on another
我们通过一个基本模型，该模型由一个软增长的新胡克弹性层粘附到一个深的弹性基板的软分层固体的差异生长引起的折叠。由于层/基板的模量比是从上述统一向零变化，我们发现第一个过渡，从超临界平滑折叠，然后由尖谷直接亚临界尖折叠，然后另一个超临界尖折叠。超过阈值的高振幅折叠间距收敛到约四层厚度的许多模量比。在三维的不稳定性引起了各种各样的形态，包括几乎退化的锯齿形和三重结图案，可以共存时，层和基板具有可比的柔软度。我们的研究统一了这些结果，为生物学中发现的复杂多样的折叠形态提供了理解，包括肠绒毛的Z字形前体，以及哺乳动物皮层中的无序的折叠和三重连接。
2015-08-24 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Correlating Cell Shape and Cellular Stress in Motile Confluent Tissues
集体细胞迁移是涉及伤口愈合、癌症转移和形态发生的高度调节的过程。细胞之间的机械相互作用提供了协调这种集体运动的重要调节机制。使用自推进Voronoi（SPV）模型，将细胞力学与细胞形状和细胞运动性联系起来，我们制定了一个广义的机械推理方法，从运动组织中测得的牵引力中获得细胞应力的时空分布，并表明这种基于牵引的应力与瞬时细胞形状计算的应力相匹配。我们还使用应力信息来表征组织的流变特性。我们确定了一个运动诱导的游泳压力，增加了相互作用的压力，以确定全球的收缩性或延伸性的上皮细胞。我们进一步表明，相互作用剪应力的时间相关性决定了组织在液固转变时发散的有效粘度，这表明直接从牵引数据中提取流变信息的可能性。
2017-04-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Covariant Active Hydrodynamics of Shape-Changing Epithelial Monolayers
在胚胎发育的早期阶段，形态发生-生物体中形状和形式的出现-几乎完全与单层紧密结合的上皮细胞有关。为了理解这些组织如何改变它们的形状，我们构建了一个完全协变的主动流体动力学理论。在细胞尺度上，应力来自于顶端收缩、机械响应和恒定细胞体积的约束。由于这种细胞自主应力与低雷诺数嵌入流体的位移和剪切之间的平衡，出现组织尺度的变形。可以描述具有任意曲率或形状的组织，为上皮单层形态提供一般框架。平面单分子膜的稳定性分析揭示了两种通用的形状不稳定性：被动约束屈曲，和主动驱动的组织变形。活动性不稳定性可进一步分为两种类型，对应于细胞形状的变化，即“鳞状到柱状”或“规则棱柱到截棱锥”。从后者产生的变形定性再现中胚层和后中肠内陷，这发生在果蝇果蝇的原肠胚形成过程中的发病在体内观察。
2017-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
A model for hierarchical patterns under mechanical stresses
我们提出了一个模型，机械诱导的斑图形成生长的生物组织，并讨论其应用于发展的叶片脉序网络。绘制与固体中的相变类比，我们使用相场方法来描述组织的两种状态之间的过渡，例如，叶脉的分化，并考虑分层系统，其中机械应力由差异生长产生。我们提出了一维系统的分析和数值结果，表明增长和不可逆性的组合产生的层次模式。二维模拟表明，这样的机制可以解释层次，网状结构的叶片脉序网络，但需要一个更详细的治疗生长和机械应力之间的耦合。
2009-07-16 cond-mat.other cond-mat.soft
Discontinuous shear thickening in biological tissue rheology
本文利用二维融合组织的主动顶点模型，研究全局外部变形与细胞运动产生的局部主动应力之间的相互作用，揭示了组织在堵塞转变附近表现出屈服、剪切变稀、连续和非连续剪切增稠等流变现象，为理解体内非线性流变行为提供了理论框架。
2024-01-18 cond-mat.soft q-bio.TO
Stabilization of active tissue deformation by a dynamic signaling gradient
Aix Marseille Univ, Université de Toulon, CNRS, CPT (UMR 7332), Turing Centre for Living Systems（艾克斯马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，CPT（UMR 7332），图灵生命系统中心）；University of Geneva（日内瓦大学）
本文研究活性定向组织变形的稳定条件，发现梯度拉伸系统在组织沿梯度伸长时可稳定，梯度收缩系统始终不稳定，还揭示了一种新的附加不稳定性，为稳健变形提供定量标准并解释生物现象。
2025-10-27 cond-mat.soft q-bio.TO
Feedback from tissue mechanics self-organizes efficient outgrowth of plant organ
植物器官的生长表面上看起来像一片细胞的连续机械变形。然而，细胞作为单独的机械实体如何在生长过程中可靠有效地将组织变形为三维仍然令人困惑，特别是当细胞像植物组织一样紧密连接时。在植物中，组织内细胞的力学被特别好地定义为单个细胞生长基本上是响应于内部膨压的细胞壁的机械屈服。细胞壁刚度由生物信号传导控制，因此，观察到细胞生长对组织内积累的机械应力作出响应。在三维组织变形过程中，机械反馈的作用是什么？在这里，我们开发了一个三维的顶点模型，调查组织力学在发病时的器官生长在植物梢端。我们发现，器官高度主要取决于启动器官的生长较快的细胞与周围生长较慢的细胞的生长速率之比。值得注意的是，当细胞生长响应于组织范围的机械应力时，生长速率更高。我们的模拟数据的定量分析表明，细胞生长的组织力学反馈可以通过双重机制。首先，反馈引导细胞生长的模式。第二，反馈修改细胞上的应力模式，从而放大和传播生长各向异性。这种机制可以允许植物通过重组细胞生长而不是膨胀生长速率来有效地从分生组织中生长器官。
2020-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Polar Fluctuations Lead to Extensile Nematic Behavior in Confluent Tissues
一组运动细胞，每个细胞单独产生收缩性的收缩应力，如何能在组织水平上变成伸展性的收缩应力呢？理解这种看似矛盾的实验观察，无论组织是处于液态还是固态，都发生了，不仅对我们理解不同的生物过程至关重要，而且对软物质和多体物理学也具有根本意义。在这里，我们解决这个细胞组织水平断开小波动制度，通过使用分析理论的基础上的流体动力学描述的汇合组织，在液体和固体状态。具体来说，我们表明，收集微观成分没有固有的可伸缩性的力量可以表现出积极的可伸缩性的行为时，受到极性波动的力量。我们通过对融合组织的极小模型进行细胞水平的模拟来进一步支持我们的发现。
2021-11-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
The Role of Cell-Matrix Interactions in Connective Tissue Mechanics
活组织能够承受日常生活中的大应力，但它也能主动适应动态载荷。这种非凡的机械行为来自活细胞与其非生命细胞外环境之间的相互作用。在这里，我们回顾了最近的见解，涉及细胞和细胞外基质之间的相互作用的生物物理机制，以及这种相互作用如何决定组织力学，重点是结缔组织。我们首先描述了细胞外基质的主要大分子成分在组织力学方面的作用。然后，我们继续强调细胞感知和响应其生化和机械胞外环境的主要途径。接下来，我们将介绍三种主要途径，通过这些途径细胞可以改变其细胞外环境：收缩力的发挥，基质成分的分泌和沉积，以及基质降解。最后，我们讨论了最近的见解，在细胞-基质相互作用的机械生物学是如何促进我们的结缔组织疾病和癌症的病理生理学的理解，并促进组织工程的新策略的设计。
2021-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Proliferation-driven mechanical feedback regulates cell dynamics in growing tissues
本文通过二维生长组织的智能体模拟，揭示应力介导的增殖反馈如何调控从堵塞到超扩散的细胞动力学，并证明组织生长指数与细胞迁移指数成正比。
2024-05-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Long-range order in two-dimensional systems with fluctuating active stresses
研究成对随机主动应力如何抑制二维弹性系统位移涨落，解析证明其可违背 Mermin-Wagner 定理实现长程有序与超均匀性，并通过顶点模型和主动圆盘模型验证了该机制。
2025-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Gradients in solid surface tension drive Marangoni-like motions in cell aggregates
活细胞和组织的表面张力来源于细胞骨架内非平衡主动应力的产生。在这里，使用激光烧蚀，我们产生梯度的表面张力的细胞聚集体作为模型的简单组织。这些主动表面应力的梯度驱动大规模和快速的环形运动。随后，随着应力的重新积累，运动自发地逆转，细胞返回到它们的原始位置。正向和反向运动都类似于粘性流体中的马兰戈尼流。然而，运动比粘弹性松弛的时间尺度快，并且表面张力梯度与表面处的机械应变成比例。此外，由于主动应力，表面张力梯度和表面应变都取决于骨料的体积。这些结果表明，表面张力可以诱导快速和高度相关的弹性形变，以维持组织的形状和配置。
2022-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Feedback-controlled mechanics of tissue vertex model: emergent soft elasticity and active yielding
University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Kavli Institute for Theoretical Physics（卡弗里理论物理研究所）
研究通过最小顶点模型揭示细胞尺度过程如何产生组织尺度向列序，并影响组织流变学，发现主动屈服状态与柔软弹性状态的转变机制。
2026-09-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Stability and roughness of interfaces in mechanically-regulated tissues
细胞分裂和死亡可以通过组织内的机械力来调节。我们研究的后果的传播界面的稳定性和粗糙度，通过分析模型的机械调节组织生长的制度，小的驱动力。对于由稳态压力不平衡或领导细胞运动驱动的界面，长波长和中间波长的不稳定性出现，分别取决于细胞数量变化的有效粘度，和基板摩擦。另一种机制取决于作用在主体中的定向运动力的强度。我们分析了一个稳定的界面受到细胞水平的随机性的波动，并发现，机械反馈可以帮助保持在组织规模的再现性。我们的研究结果阐明了机制，可能是重要的有序接口运动在发育中的组织。
2018-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Linear Viscoelastic Response of the Vertex Model with Internal and External Dissipation: Normal Modes Analysis
我们使用正常模式形式主义研究的顶点模型的剪切流变上皮组织力学在过阻尼线性响应制度。我们考虑具有外部（例如，细胞基质）和内部（例如，细胞-细胞）耗散机制，并推导出由于机械力和耗散力引起的细胞上的应力的表达式。然而，这里开发的半解析方法是通用的，可以直接应用于研究的线性响应的广泛的一类软物质系统的内部和外部的耗散。该方法采用简正模分解法计算系统的线性损耗和储能模量。具体地，沿着每个法向模式的位移由于弹性形变和内部耗散而产生应力，该应力与由于外部耗散而产生的载荷力平衡。每个正常模式响应的特征松弛时间尺度，其流变行为可以描述为一个标准的线性固体元素由于弹性应力和Jeffreys模型元素由于内部耗散应力的组合。系统的总响应则完全通过并联对应于各个简正模态的所有粘弹性元件来确定。这允许在所有驱动频率下系统的潜在复杂线性流变响应的充分表征和集体激发的识别。我们表明，内部和外部的耗散机制导致定性不同的流变行为，由于存在或不存在的杰弗里斯元素，这是特别明显的高驱动频率。因此，我们的研究结果强调了微观耗散机制在理解软材料和组织的流变行为中的重要性。
2022-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Uncovering instabilities in the spatiotemporal dynamics of a shear-thickening cornstarch suspension
最近的理论预测，不连续剪切增稠（DST）涉及的不稳定性，其性质仍然难以捉摸。在这里，我们探讨了在一个致密的玉米淀粉悬浮液的不稳定动力学耦合长的流变学测量恒定的剪切应力下的超声成像。我们表明，DST的不稳定性的结果，从本地化的带，沿涡度方向上的全球剪切速率响应的特定签名。这些传播事件共存的静态阶段的应力略高于DST发病，导致间歇性的，顺从的动态。在DST的更深处，事件激增，导致更简单的高斯动力学。我们解释我们的结果不稳定涡带推断从最近的模式和数值模拟。
2018-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.CD
Role of cell deformability in the two-dimensional melting of biological tissues
包括生物细胞、星形聚合物、树枝状聚合物和微凝胶在内的各种聚合物颗粒的尺寸和形状取决于所施加的应力，因为颗粒非常软。在高密度悬浮液中，这些颗粒在相邻颗粒的作用下变形，这意味着颗粒间的相互作用变成了多体型。调查一个二维模型的细胞组织，其中的单个颗粒的剪切模量与细胞粘附强度，在这里，我们表明，颗粒的变形能力影响熔化的情况。当温度升高时，硬颗粒经历一级固/液转变，而软颗粒经历连续的固/六角转变，然后是不连续的六角/液体转变。在零温度下，由粘合强度的降低驱动的熔融转变通过两个连续的转变发生，如在Kosterlitz、Halperin、Nelson和Young方案中。因此，存在其中六角相在零温度下稳定的粘附强度值的范围，这表明上皮向间充质转化的中间相可以是六角型。
2018-04-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A geometrically controlled rigidity transition in a model for confluent 3D tissues
无序材料刚性的起源是统计物理中一个突出的开放性问题。以前，一类2D细胞模型已被证明经历由指定细胞形状的机械参数控制的刚性过渡。在这里，我们将这个模型推广到3D，并找到一个类似地由优选表面积控制的刚性过渡：该模型在无量纲表面积$s_0^\ast\approx5.413$以下是固体状，在该值以上是流体状。我们证明，不像在软球卡住，残余应力是必要的，以创建刚性。当细胞无法获得所需的几何形状时，这些应力正好发生，我们推测无序的细胞结构可能有一个明确的最小表面积。我们发现，这个最小的表面的行为诱导的线性缩放的剪切模量与控制参数在过渡点，这是不同的缩放颗粒物质中观察到的。这种最小表面的存在可能与生物组织和泡沫有关，并有助于解释为什么细胞形状是生物组织中刚性转变的良好结构序参量。
2017-10-22 cond-mat.soft q-bio.TO
Energy injection in an epithelial cell monolayer indicated by negative viscosity
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
针对上皮组织中力与运动难以关联、能量注入耗散来源不明的问题，本研究开发有效黏度测量方法，发现负有效黏度区域对应高细胞活性与能量需求，可用于量化生命物质能量流动。
2025-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear rheology of cellular networks
形态发生关键取决于细胞组织的复杂流变学性质以及它们在长时间重排时保持机械完整性的能力。在本文中，我们研究了由顶点模型描述的多边形细胞网络在涨落存在下的流变性。我们使用三角剖分的方法来分解剪切成细胞形状的变化和细胞重排。考虑到恒定剪切下的稳态应力，我们观察到非线性剪切稀化行为在所有幅度的波动，和一个更强的非线性政权在较低的波动值。我们成功地捕捉到这种非线性流变学的平均场模型，该模型描述了细胞伸长和细胞重排方面的组织。我们进一步在顶点模型中引入各向异性主动应力，并分析了它们对流变性的影响。我们包括这种各向异性的平均场模型，并表明它概括了在模拟中观察到的行为。我们的工作阐明了组织流变学如何与随机细胞重排相关，并提供了一个简单的生物物理模型来描述生物组织。此外，它突出了非线性的重要性，讨论组织力学。
2021-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Compressive Instabilities Enable Cell-Induced Extreme Densification Patterns in the Fibrous Extracellular Matrix: Discrete Model Predictions
通过建模和模拟，我们表明，材料的不稳定性在纤维胶原细胞外基质（ECM）的力学行为中起着主导作用，当ECM被收缩的生物细胞变形时，我们观察到。我们比较了两个家庭的纤维网络模型，家庭1与稳定和家庭2不稳定的压力拉伸响应的个别纤维在压缩。后者是具有分级结构的梁的后屈曲的特征。我们的模拟揭示了不同的压缩不稳定性在发挥在每个家庭，即，纤维崩溃（屈曲）在家庭2和纤维元素崩溃（管理单元）在家庭1。这些导致高度局部化的致密化区域，其由从单个收缩细胞发出或连接相邻细胞的强烈排列的纤维组成，如在实验中观察到的。尽管这两个家族的反应存在很大差异，但我们的工作强调了屈曲/压缩不稳定性在纤维生物组织行为中的重要性，并暗示了癌症侵袭和转移。
2022-12-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Topological Floppy Modes in Epithelial Tissues
拓扑力学的最新进展揭示了不寻常的现象，例如拓扑保护的松软模式和指数局部化在机械网络边界和界面上的自应力状态。在本文中，我们探讨了上皮组织的拓扑力学，这些边界和界面模式的出现可能会导致局部软或应力点，并在形态发生中发挥作用。我们考虑一个简单的顶点模型（VM）所管辖的有效弹性能量和其推广的主动张力网络（ATN），其中包括积极适应的细胞骨架。通过分析空间周期晶格在麦克斯韦点的机械不稳定性，我们发现拓扑极化阶段与指数本地化的松弛模式和状态的自应力的ATN时，细胞被允许成为凹，但不是在VM。
2021-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Fingering instability in spreading epithelial monolayers: roles of cell polarisation, substrate friction and contractile stresses
集体细胞迁移在许多发育过程中起着至关重要的作用，这些发育过程是形态发生、伤口愈合或癌症进展的基础。在这种协调的行为中，细胞以连贯的结构组织起来，并积极迁移以服务于不同的生物目的。在某些情况下，即在上皮伤口愈合过程中，众所周知，迁移的自由边缘单层会产生指状不稳定性，但其发生仍有争议。在这里，通过理论和数值模拟，我们揭示了驱动不稳定过程的主要机制，分析了连续可压缩极性流体的线性和非线性动力学。特别是，我们评估的作用，细胞极化，基板摩擦，和收缩应力。线性理论表明，分析扰动瞬态动力学是至关重要的，因为我们解开了过多的交叉不同的指数增长率之间的线性制度。数值模拟表明，细胞-基底摩擦可能是负责在边缘形成复杂的指状结构的机制，因为它触发二次指状不稳定性和尖端分裂现象。最后，我们得到了一个临界收缩应力，依赖于细胞-基底摩擦和初始到初始长度比，表征一个积极的润湿-去湿过渡。在去湿的情况下，单分子层回缩并变得稳定，而不会形成指状结构。
2021-06-15 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Nonlinear Rheology in a Model Biological Tissue
机械信号在胚胎发育和癌症生长等生物过程中起着关键作用。一个突出的方式来探测组织的机械性能是研究他们的反应，外部施加的力量。使用基于粒子的模型，具有随机凋亡和环境依赖的分裂率，我们证明了从线性流动的剪切稀化制度的交叉，增加剪切速率。为了使这种非线性流动合理化，我们推导出一个理论上的平均场方案，该方案考虑了局部应力中机械噪声和有源噪声的相互作用。这些噪声分别由细胞基质对细胞重排的弹性响应和内部活动产生。
2017-04-17 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cell divisions imprint long lasting elastic strain fields in epithelial tissues
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics（马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所）；Excellence Cluster, Physics of Life, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）
研究通过分析果蝇上皮组织的应变场，揭示了细胞分裂产生的力偶对组织力学的影响，并确定了组织流体化的时间尺度。
2025-07-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalous glassy dynamics in simple models of dense biological tissue
为了理解生物组织中的玻璃态动力学机制，并阐明非生物材料中的玻璃态动力学机制，我们研究了二维类顶点模型的低温无序相。最近已经注意到，顶点模型在零温度极限下具有非常不寻常的行为，其刚性转变由残余应力控制，因此与颗粒系统相比表现出非常不同的缩放和现象学。在这里，我们调查的有限温度阶段的二维Voronoi和顶点模型，并表明，他们有非常不寻常的，亚Arrhenius标度的动态与温度。我们连接的异常玻璃态动力学与零温度固有状态的势能景观的功能。
2017-12-15 cond-mat.soft
Exotic rheology of materials with active rearrangements
University of Bristol（布里斯托大学）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；University of Exeter（埃克塞特大学）；Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences（牛顿数学科学研究所）；Leiden University（莱顿大学）
研究生物组织发育中主动应力控制的流动及奇异流变学，引入含被动和主动弹性元件的平均场弹塑性模型，发现主动元件改变流变学，产生非单调流动曲线、负应力、不同屈服应力材料和流体，以及类似滞后的不对称流变曲线。
2026-07-08 cond-mat.soft
Active wetting of epithelial tissues
发育、再生和癌症涉及组织形态的急剧转变。与惰性流体的行为类似，这些转变中的一些被解释为润湿转变。然而，这种类比的有效性和范围尚不清楚，因为驱动组织润湿的活跃细胞力既没有被测量也没有被理论解释。在这里，我们表明，2D上皮单层和3D球状聚集体之间的过渡可以理解为一个主动润湿过渡，其物理性质从根本上不同于被动润湿现象。通过结合一个积极的极性流体模型与测量的物理力作为一个功能的组织大小，收缩性，细胞-细胞和细胞-基板的粘附性，和基板的刚度，我们表明，润湿过渡的结果之间的竞争牵引力和收缩细胞间的应力。这种竞争定义了一个新的内在的长度尺度，产生了一个临界尺寸的润湿过渡组织，一个引人注目的功能，没有对应的经典润湿。最后，我们表明，积极的形状波动动态放大组织去湿。总体而言，我们的结论是，组织蔓延构成了一个突出的例子主动润湿-一种新的物理场景，可以解释组织形态发生和肿瘤进展过程中的形态转变。
2019-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Dominant negative Poynting effect for soft tissues
我们确定了三种不同的剪切模式，简单的剪切变形的横观各向同性的软组织，允许正负坡印亭效应（即，他们需要压缩和拉伸横向正应力，分别，以保持简单的剪切）。正坡印亭效应通常在各向同性橡胶中发现。在这里，专业化的一般结果，三个应变能函数，这是二次的各向异性不变量，线性的各向同性应变不变量和线性理论相一致的表明，有两个坡印亭效应，可以伴随着剪切软组织：一个占主导地位的负面影响，在一个模式的剪切和一个相对较小的积极影响，在其他两个模式。我们建议，相对不可扩展性的纤维相对于矩阵是这个大的负坡印亭效应背后的主要机制。
2020-09-18 cond-mat.soft
Interplay of internal stresses, electric stresses and surface diffusion in polymer films
我们调查两个弹性聚合物薄膜的不稳定机制，并把它们纳入一个一般的框架：第一，由于面内应力和第二，由于外部施加的电场垂直于膜的自由表面的不稳定性。如最近所示，聚合物膜通常由于不平衡的制造工艺（例如旋涂）而受到应力。通过从固体中已知的Asaro-Tiller-Grinfeld机理，该系统可以通过聚合物的表面扩散使其表面起伏从而松弛应力来降低其能量。另一方面，电场的应用在实验上被广泛用于结构薄膜：当电麦克斯韦表面应力克服表面张力和弹性回复力时，系统以由膜厚度确定的波长波动。我们开发了一个理论，同时考虑到这两种机制，并讨论它们的相互作用和在基板和自由表面的边界条件的影响。
2011-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanochemical induction of wrinkling morphogenesis on elastic shells
组织片的形态发生动力学需要通过机械力的全局模式化来调节协调的细胞形状变化。受这种生物现象的启发，我们提出了一个最小的机械化学模型的基础上的概念，细胞形状的变化是由可扩散的生物分子，以浓度依赖的方式影响组织的收缩性-其浓度反过来又受到宏观组织形状的影响。我们进行薄壳弹性动力学的计算模拟，以揭示由于一系列屈曲不稳定性而产生的传播化学和三维变形模式。根据浓度阈值，驱动细胞形状的变化，我们发现定性不同的模式。机械化学耦合的图案化动力学不同于由纯机械或纯化学因素驱动的那些。使用数值模拟和理论论证，我们分析了弹性不稳定性，从我们的模型，并提供简单的标度律，以确定扭曲形态。
2020-12-30 cond-mat.soft
Mechanics of axis formation in $\textit{Hydra}$
Instituut-Lorentz, Leiden Institute of Physics, Universiteit Leiden（莱顿大学洛伦兹研究所）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系）
本文研究了Hydra中轴形成机制，通过分析活性应力与组织弹性耦合，揭示了机械力如何引导组织在生物体尺度上自发打破对称性，从而确定身体轴。
2026-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Couple stresses and discrete potentials in the vertex model of cellular monolayers
顶点模型被广泛用于模拟汇合上皮细胞和其他多细胞组织的力学性能。这种固有的离散框架允许柯西应力归因于每个细胞，并且其对称分量已被广泛报道，至少对于平面单层。在这里，我们考虑的应力归因于每个三细胞交界处的邻居，特别是其领导阶反对称组件和相关的耦合应力，这说明在何种程度上个别细胞的经验（和抵抗）在平面内弯曲变形的评估。我们开发的离散势理论具有无序的内部结构的局部化单层，并使用它来获得类似物的艾里和Mindlin应力函数。这些标量势通常具有宽带谱，突出了小尺度缺陷和边界层对全局应力模式的贡献。仿射近似属性将应力耦合到共享三结点的单元之间的压力差，但模拟表明非仿射变形的附加作用。
2022-07-21 cond-mat.soft q-bio.TO
Interaction of a migrating cell monolayer with a flexible fiber
机械力影响生物组织的发育和行为。在许多情况下，这些力由弹性顺应性结构（诸如自身组织细胞基质或其他周围组织）施加或抵抗。这种组织-弹性体相互作用也是在生物物理学中采用的许多最先进的{ \it in situ}力测量技术的核心。这就需要对组织与周围施加这些力的弹性体的相互作用进行建模，提出了一个问题：描述这种相互作用所需的最低成分是什么？我们进行实验，迁移细胞单层推动碳纤维作为一个模型问题。虽然迁移的组织能够使纤维弯曲一段时间，但它最终会在停止之前弹回。当细胞在纤维上做了固定的机械功时，这种停止就会发生，而不管纤维的硬度如何。基于这些观察，我们开发了一个最小的活性流体模型，再现实验和定量预测系统的相关功能。这个极小模型指出了描述组织-弹性固体相互作用所需的基本成分：有效惯性和粘性应力。
2021-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A tug-of-war between stretching and bending in living cell sheets
拉伸和弯曲变形之间的平衡表征薄弹性片的形状转变。当拉伸在拉伸中占主导地位时，弯曲在突然屈曲过渡后的压缩中占主导地位。最近，在悬浮的活上皮单层中的实验结果已经表明，由于分子马达在上皮的厚度$e$上产生的表面应力的不对称性，这种组织的自由边缘自发地卷曲出平面，结果在平面内拉伸片。这表明弯曲和拉伸之间的竞争决定了组织边缘的形态。在这项研究中，我们使用非欧几里德板的框架，将主动预应变和自发曲率的弹性薄壳理论。我们表明，当自发弯曲的纸张规模像$1/e$，拉伸和弯曲能量具有相同的缩放在一个消失的小厚度的限制，因此都竞争，在一种方式，是不断改变的外部张力，以定义的三维形状的组织。
2020-06-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Compression stiffening in biological tissues: on the possibility of classic elasticity origins
在最近的脑、肝和脂肪组织的流变学实验中，已经观察到压缩硬化或剪切模量随着压缩应变的增加而增加。在这里，我们扩展了已知类型的生物材料表现出这种现象，包括琼脂糖凝胶和果肉。此外，我们表明，两个不同的结果，从经典弹性理论可以解释线性压缩硬化现象。一个结果是由于巴伦和克莱因，在这里扩展到相关的几何和预应力;另一个是由于伯奇。对于不可压缩材料，两种理论都没有可调参数。哪一个适用于给定的情况是参考状态的问题，这表明参考状态是由材料在恒定轴向应变下承受扭转时产生或不产生轴向应力（超过施加的预应力）的趋势决定的。我们的实验和分析也加强了这样一种观念，即看似不同的动物和植物组织在某些条件下可能具有相似的机械行为。
2018-04-12 cond-mat.soft
Morphological instabilities of stratified epithelia: a mechanical instability in tumour formation
复层上皮与其支持间质之间的界面通常呈现不规则形状。起伏在发育不良组织中特别明显，并且通常在癌中演变成长的指状突起。在先前的工作（Basan等人，物理修订信函106，158101（2011）），我们证明了由上皮细胞更新引起的恒定流动引起的粘性剪切应力引起的不稳定性可以驱动这种现象。虽然两种组织之间的界面张力以及基质的机械阻力倾向于保持平坦的界面，但是对于足够大的粘度、细胞分裂速率和上皮中分裂区域的厚度，会发生不稳定性。在这里，这项工作的扩展，上皮细胞分裂耦合到局部浓度的营养物质或生长因子从基质扩散。这通过类似于晶体生长的单扩散过程中的Mullins-Sekerka不稳定性的机制增强了不稳定性。此外，我们提出的粘弹性基质的广义情况下的不稳定性。
2013-06-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Quantifying material properties of cell monolayers by analyzing integer topological defects
在发育中的生物体中，内部细胞过程在组织尺度上产生机械应力。由此产生的变形取决于组织的材料特性，其可以表现出长程取向有序和拓扑缺陷。它仍然是一个挑战，以确定这些属性的时间尺度相关的发展过程。在这里，我们建立在物理学的液晶，以确定材料参数的细胞单层。具体来说，我们使用流体动力学描述的特征可压缩的活性极性流体周围的缺陷的定态。我们说明我们的方法通过分析单层的C2C12细胞在小的圆形限制，在那里他们形成一个单一的拓扑缺陷与整数电荷。我们发现，这样的单层施加压应力的缺陷中心，在局部细胞分化和形成的三维形状观察。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.TO
Active wetting transition in cell aggregates
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Institute of Complex Systems (UBICS)（复杂系统研究所）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿工业大学生命物理学卓越集群）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究高级机构）
该研究将细胞聚集体建模为主动极性液滴，通过主动杨氏-杜普雷方程揭示了组织主动润湿转变的机制，解释了实验中常见的部分润湿状态。
2026-09-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Emergent structures and dynamics of cell colonies by contact inhibition of locomotion
组织中的细胞可以根据其功能组织成广泛的结构。组织的急剧变化，如上皮-间充质转化或球状聚集体的形成，通常与组织形态发生或癌症进展相关。在这里，我们通过模拟具有一般细胞样相互作用的自推进粒子来研究细胞集落的组织。细胞柔软性、细胞间粘附和运动接触抑制（CIL）之间的相互作用产生了在几种现有组织表型中观察到的结构和集体动力学。这些包括细胞的规则分布、动态细胞簇、凝胶样网络、集体迁移单层和3D聚集体。我们给出了分析预测之间的过渡noncohesive，凝聚力，和3D细胞的安排。我们明确地表明，CIL如何产生有效的排斥，促进细胞分散，从而阻碍了粘性组织的形成。然而，在连续单层中，CIL导致集体细胞运动，确保细胞间的拉伸应力，并反对细胞挤出。因此，我们的工作突出了CIL在决定细胞集落的新兴结构和动力学方面的突出作用。
2016-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Morphogenesis driven by nematic defects in active biological networks
Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Istituto Nazionale di Alta Matematica “Francesco Severi”（弗朗切斯科·塞韦里高等数学国立研究所）；Cardiff University（卡迪夫大学）
本文通过连续介质框架，将活组织建模为具有异质生长和重塑能力的向列聚合物网络，揭示了向列缺陷拓扑控制应力局域化和形状演化，其中+1缺陷驱动突起形成，-1/2缺陷作为结构稳定剂。
2026-06-02 cond-mat.soft
Propagating stress waves during epithelial expansion
上皮创伤愈合和组织形态发生过程中细胞单层的协调运动涉及机械应力的产生。在这里，我们提出了一个模型的上皮细胞扩张的动力学，耦合机械变形的组织收缩活动和极化的细胞。我们的模型的一个新的成分是局部应变，极化和收缩性，自然产生的粘弹性和有效的惯性在细胞单层的机制之间的反馈。使用分析和数值技术的组合，我们证明了我们的模型定量再现了许多实验结果[Nat. Phys. 8，628（2012）]，包括细胞间应力的积累，以及引导振荡单层膨胀的行进机械波的存在。
2015-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Universal scaling in the rheology of dense cellular systems
Emory University（埃默里大学）
本研究通过模型细胞单层实验，发现密集组织在恒定应力下表现出丰富的非线性流变相图，并证明不同流变区域的宏观粘度由同一物理参数控制的普适标度行为描述，揭示了形状驱动的拓扑约束在生物力学调控中的关键作用。
2026-06-16 cond-mat.soft
Non-linear visco-elasto-plastic rheology of a viscous vertex model
Aix Marseille Univ, Université de Toulon, CNRS, CPT (UMR 7332), Turing Centre for Living systems（艾克斯-马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，理论物理与粒子物理中心（UMR 7332），图灵生命系统中心）；Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）
本文提出了一种具有显式粘性摩擦的顶点模型，用于研究生物组织的非线性粘弹性塑性流变学特性。
2026-07-30 cond-mat.soft q-bio.TO
A Mean-Field Model for Active Plastic Flow of Epithelial Tissue
本研究结合对称性论证与随机均场模型，利用弹性弛豫与形态发生动力学的时间尺度分离，建立了上皮组织主动塑性流动的粗粒化模型，解释了自限性行为及外部场对定向重排的维持作用。
2024-09-19 cond-mat.soft q-bio.TO
