Instability-induced patterning of a jelling jet

液体中的表面不稳定性和图案化："毛球定理"的例证

Surface Instabilities and Patterning in Liquids: Exemplifications of the "Hairy Ball Theorem"

应用“毛球定理”分析了液/汽界面的表面不稳定性。当液体样品的表面上存在连续切向速度场时（该速度场同胚为球），则在该表面上必然存在零速度点。该定理的例子与聚合物溶液的快速蒸发下发生的不稳定性的分析。零速度点，积累孔隙，使不稳定性的直接可视化。在环面的表面上，图案化可以基本上不同。

Spatiotemporal patterning of extensile active stresses in microtubule-based active fluids

Active stresses, which are collectively generated by the motion of energy-consuming rod-like constituents, generate chaotic autonomous flows. Controlling active stresses in space and time is an essential prerequisite for controlling the intrinsically chaotic dynamics of extensile active fluids. We design single-headed kinesin molecular motors that exhibit optically enhanced clustering, and thus enable precise and repeatable spatial and temporal control of extensile active stresses. Such motors enable rapid, reversible switching between flowing and quiescent states. In turn, spatio-temporal pat…

具有可寻址软界面的图案化活性材料

Patterning active materials with addressable soft interfaces

马达蛋白负责细胞内的运输。利用它们的活性是开发新的纳米技术或功能性生物材料的关键。最近在体外定制的类细胞色素细胞网络是由亚细胞自主单位的自组装产生的。因此，自下而上驯服这种生物活性可能需要分子水平的改变，从而损害蛋白质的完整性。以自上而下的角度来看，在这里，我们证明了表面上混乱的流动的微管蛋白驱动蛋白活性凝胶可以被迫通过调整各向异性粘度的接触层状油采取明确的空间方向。当被动油不受迫或受磁场控制时，实现了活性材料的不同配置。因此，可伸展的活性流体的固有不稳定性在空间上是规则的，导致有组织的流动模式，赋予特征的长度和时间尺度。我们的发现铺平了道路，为设计混合主动/被动系统，ATP驱动的动态可以外部调节。

模型肌动球蛋白网络中的主动图案化和不对称转运

Active patterning and asymmetric transport in a model actomyosin network

细胞骨架网络，本质上是运动丝组装，在许多发育过程中发挥重要作用，包括结构重塑和形状变化。这些是通过非平衡自组织过程实现的，该过程产生功能模式并驱动细胞内运输。我们构建了一个最小的物理模型，它结合了单个细丝的非线性弹性响应和力依赖的电机动作之间的耦合。通过进行随机模拟，我们表明，电机过程的相互作用，描述为驱动反相关运动的网络顶点，和网络的连通性，这决定了渗透性质的结构，确实可以捕获的动力学和结构的协同性，从而引起不同的模式实验观察。单个细丝的屈曲不稳定性被发现在局部化崩溃事件中起着关键作用，由于局部力的不平衡。电机驱动的屈曲诱导的节点聚集提供了一种动态机制，该机制使二维图案稳定在表观静态渗流极限以下。协调电机动作也被证明可以抑制随机热噪声在大的时间尺度上，二维配置，系统开始，从而保持平面的结构发展过程中。通过对三维锚定网络进行类似的模拟，我们发现肌球蛋白驱动的连接良好的肌动蛋白网络的各向同性收缩，当与机械锚定相结合时，赋予集体运动的方向性，可能代表了一种新的细胞内运输机制，如海星卵母细胞中的染色体易位所揭示的。