Nanomechanical and topographical imaging of living cells by Atomic Force Microscopy with colloidal probes
原子力显微镜（AFM）作为表征活细胞的机械和形态学性质的工具具有巨大的潜力;鉴于新的早期诊断策略的发展，这些性质已被证明与细胞的命运和病理生理状态相关。虽然一些报告已经描述了实验和技术方法表征细胞弹性的AFM，一个强大的和普遍接受的方法仍然缺乏。在这里，我们表明，微米球形探针（也被称为胶体探针）非常适合进行活细胞的地形和力学分析相结合，与空间分辨率适合于一个完整的和准确的映射细胞的形态和弹性特性，优越的可靠性和准确性在机械测量方面的传统和广泛使用的锋利的AFM提示。我们解决了一些问题，有关的纳米力学分析，包括接触力学模型的适用性和约束接触的几何形状上测得的弹性模量（有限厚度效应）的影响。我们已经测试了我们的协议，通过成像活的PC 12和MDA-MB-231细胞，以证明有限厚度效应的校正的重要性和细胞弹性的变化引起的细胞靶向药物的作用。
2015-02-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Many-body interactions between contracting living cells
Shamoon College of Engineering（沙蒙工程学院）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Hiroshima University（广岛大学）
该研究将细胞建模为球形主动力偶极子，揭示了活细胞间多体相互作用的非线性效应，发现细胞位置调控会改变多体作用能量与两体叠加结果的差异，强调研究邻近细胞力学需考虑高阶相互作用。
2026-08-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Stress-dependent amplification of active forces in nonlinear elastic media
生物体中机械应力的产生在很大程度上依赖于嵌入丝状基质中的局部的、产生力的活性单元。具有固定边界的离散纤维网络的数值模拟表明，基体中的屈曲显著地放大了所产生的主动应力。在这里，我们将这一结果扩展到一个bucklable连续弹性介质受到任意的外部应力，并推导出解析表达式的活性，非线性本构关系表征的全活性介质。插入这些关系到流行的“活性凝胶”的活组织和细胞骨架的描述将使调查非线性制度以前无法访问，由于这些理论的现象学性质。
2018-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Mechanical mapping of thin elastic films and living cells with spherical tip atomic force microscopy probes at large indentations
Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), The Barcelona Institute of Science and Technology（加泰罗尼亚生物工程学院（IBEC），巴塞罗那科学技术研究所）；Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学电子与生物医学工程系）；National Institute of Molecular Genetics (INGM)（分子遗传学国家研究所）；Department of Pharmaceutical Sciences, University of Milano（米兰大学药学系）
研究用球形尖端原子力显微镜探针在大压痕下对薄弹性膜和活细胞进行力学映射，提出考虑底部效应的分析模型，经实验验证，该模型能准确校正底部效应，为细胞提供准确杨氏模量值，与其他模型有显著差异，展现分析力曲线测量的潜力。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Determination of Elastic Parameters of Lipid Membranes with Molecular Dynamics: A Review of Approaches and Theoretical Aspects
脂质膜在活生物体中是丰富的，在那里它们构成细胞及其细胞器的包围壳。有许多情况下，其中涉及的脂质膜的变形在活细胞：融合和裂变，膜介导的膜内含物之间的相互作用，脂质-蛋白质相互作用，孔的形成等，在所有这些情况下，弹性参数的脂质膜是重要的膜变形的描述，因为这些参数确定的能量障碍和特征时间的膜参与的现象。自分子动力学（MD）发展以来，人们提出了多种用于模拟脂膜弹性参数测定的计算机模拟方法。这些MD方法允许考虑在实验技术中无法实现的细节，并代表了一个独特的科学领域，这是迅速发展。这项工作提供了一个审查这些MD的方法，侧重于理论方面。确定了两个主要的挑战：（i）从弹性理论的连续描述到MD模拟的离散表示的过渡中的模糊性，以及（ii）脂质混合物的固有弹性参数的确定，这是复杂的，由于组合物曲率耦合效应。
2022-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Local viscoelasticity of living cells measured by rotational magnetic spectroscopy
当受到磁场的作用时，具有超顺磁性的微米尺寸的线表现为嵌入式流变仪，并且代表了用于微流变学的感兴趣的传感器。在这里，我们使用旋转磁谱测量活细胞的细胞质的剪切粘度。我们解决的问题，无论是细胞质是粘弹性液体或凝胶。该研究的主要结果是观察到同步和异步旋转制度之间的旋转不稳定性，发现小鼠成纤维细胞和人类癌细胞。对于磁化率为3.6的导线，转变发生在0.01…1 rad s-1。剪切粘度（10... 100 Pa s）和弹性模量（5. 20 Pa）证实了细胞质的粘弹性特征。与早期的研究相比，可以得出结论，活细胞的内部可以被描述为粘弹性液体，而不是弹性凝胶。
2015-12-03 cond-mat.soft
From Action Principle to Stochastic Thermodynamics of Elastic and Viscous Active Matter
European Molecular Biology Laboratory（欧洲分子生物学实验室）；University of Turin（都灵大学）；Heidelberg University（海德堡大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；INFN, Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）
该研究从经典最小作用原理和瑞利形式主义推导活性物质的随机热动力学与弹性动力学框架，统一多种软物质描述，推导并模拟了涨落下弹性细胞核的边界驱动变形模型，为相关研究提供了新方法。
2026-10-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical complexity of living cells can be mapped onto simple homogeneous equivalents
研究通过计算机模拟证明，具有异质内部的活细胞可被分配体积平均弹性模量的均匀等效细胞有效替代，该等效模型能定量重现非均质细胞在压缩、剪切和通道流中的力学行为。
2023-05-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Poroelastic longitudinal wave equation for soft living tissues
利用含水聚合物基体的多孔弹性理论，研究了超声在球形泡孔填充的凝胶介质中的传播。该模型描述了生活方式的多孔弹性结构和声波的传播行为之间的联系。本文研究了快纵波的传播方程、相速度和衰减与凝胶基质中细胞的弹性、孔隙率和浓度的关系。该理论的结果与在不同浓度的猪肝细胞授精的PVA凝胶支架上进行的测量一致。该模型是有前途的定量非侵入性参数估计，可以评估组织结构，组成和架构的变化。
2012-10-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Activity driven fluctuations in living cells
我们提出了一个模型的动力学探针嵌入在一个活细胞中，热波动和非平衡活动共存。该模型是基于一个约束的谐波电位描述的弹性细胞骨架矩阵，它经历了随机的主动跳作为细胞内的非平衡重排的结果。我们描述了探针的统计，我们带来的非平衡活动的影响量。我们发现一个很好的协议之间的预测，我们的模型和实验结果的示踪剂内活细胞。最后，我们利用我们的模型来达到定量预测的参数特征的非平衡活动，如典型的时间尺度的活动和幅度的积极波动。
2015-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms
生物细胞和许多生物体大多由液体组成，因此，通过与液滴类比，它们应该表现出一系列基本的非线性现象，例如驻波的出现。在这里，我们测试四种常见的蚯蚓，以证明垂直振动的活蠕虫水平躺在一个平坦的固体表面的结果在发病的次谐波法拉第样体波，这是可能的，因为蚯蚓有一个流体静力学的骨架与灵活的皮肤和充满液体的体腔。我们的研究结果是支持的理论分析的基础上的模型的参数激励的振动，在充满液体的弹性圆柱体中使用的材料参数的蠕虫的身体在文献中报道。在生物体中激发非线性次谐波体波的能力可用于探测并可能控制重要的生物物理过程，如神经冲动的传播，从而为解决具有根本影响的生物学问题开辟了途径。
2019-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Analytical model and experimental validation for nonlinear mechanical response of aspirated elastic shells
本文提出一种基于物理的解析模型，利用拉伸模量$K$与无量纲比率$δ$描述吸入弹性壳的非线性力学响应，并在微/宏观尺度实验中验证，为软薄壳力学表征及活细胞探测与软材料设计提供了准确可扩展的框架。
2025-04-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Local Nonlinear Elastic Response of Extracellular Matrices
非线性硬化是构成细胞外基质（ECM）的主要类型的生物聚合物的普遍性质，包括胶原蛋白、纤维蛋白和基底膜。在ECM内，已知许多类型的细胞如成纤维细胞和癌细胞机械地拉伸其周围环境，从而局部地硬化基质。虽然这些生物聚合物网络的大体积非线性弹性行为得到了很好的研究，他们的局部力学响应仍然很差的特点。在这里，要了解活细胞如何感受到ECM的非线性机械阻力，我们使用光镊模拟细胞施加的局部力;我们报告说，高度非线性ECM中的局部硬化响应显着弱于在体流变学中发现的响应，在两个数量级的局部施加的力，因为硬化的发病。通过一个极小模型，我们证明了局部点力的作用可以在基体中诱导出一个加强区域，该区域随着点力的增加而扩大。此外，我们表明，这种加强区域的行为作为一个有效的探针后，局部加载。局部非线性弹性响应可以归因于这种有效探针的非线性增长，其使基质的增加部分线性变形。
2022-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active drive towards elastic spinodals
本研究将经典旋节线态概念拓展至活性固体，揭示活性物质可主动驱动至弹性旋节线区域，实现刚度的可控变化，且非线性下跨越旋节线会产生新能量势阱并形成力通道化微观结构。
2025-05-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Living bacteria rheology: population growth, aggregation patterns and cooperative behaviour under different shear flows
使用实时和原位流变学-在静态和振荡剪切中研究了生长活细菌的活性。两种不同的菌株的人类病原体金黄色葡萄球菌-株COL和其同基因细胞壁自溶突变体-被认为是在这项工作中。对于低细菌密度，菌株COL形成小簇，而突变体，呈现缺陷的细胞分离，形成不规则的较大聚集体。在生长的早期阶段，当受到固定剪切时，两种菌株的粘度随着细胞群体的增加而增加。当细菌达到指数生长期时，两种菌株的粘度遵循不同的和丰富的行为，在光密度或群体的菌落形成单位测量中没有对应物。虽然COL菌株的粘度在指数期期间保持增加，并且在生长后期（其中群体稳定）返回接近其初始值，但是突变菌株的粘度急剧降低，仍然处于指数期，保持恒定一段时间并再次增加，在生长后期达到最大值的恒定平台。这些复杂的粘弹性行为，这被观察到的剪切应力依赖，是两个耦合效应的结果：细胞密度的连续增加和其不断变化的相互作用的属性。用振荡剪切法测得的COL菌株的粘弹模量均呈幂律变化，其指数与细菌生长阶段有关。突变体的粘性和弹性模量具有复杂的行为，从与介质的大分子和细菌的自组织结构相关的不同弛豫时间出现。然而，这些行为反映了细菌的生长阶段。
2014-03-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Displacement field around a rigid sphere in a compressible elastic environment, corresponding higher-order Faxén relations, as well as higher-order displaceability and rotateability matrices
本文提出了一种求解无限延伸均匀弹性介质中刚性球形夹杂位移场的有效方法，与一些常用的教科书方法相比，这种方法稍有不同。此外，两个Faxén关系的次高阶以外的应力显式计算可压缩介质。他们量化高阶矩涉及力分布在刚性粒子在变形的弹性介质。此外，计算了粒子分离距离倒数的六阶（包括六阶）的可伸缩性和可旋转性矩阵。这些矩阵描述了弹性环境下刚性嵌入颗粒之间的相互作用。通过考虑不可压环境的限制，所有方法和结果都可以形式上转化为相应的不可压流体动力学低雷诺数Stokes流的情形。嵌入介质的可压缩性和这里另外导出的高阶贡献的作用突出了一些选定的示例配置。
2019-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scaling laws for the response of nonlinear elastic media with implications for cell mechanics
我们展示了应变硬化如何影响对内力的弹性响应，这些内力是由材料缺陷和不均匀性或由活细胞中产生的分子马达的主动力引起的。对于具有强非线性应变能量密度的材料中的球形力偶极子，应变随距离改变符号，表明即使在可收缩的夹杂物或分子马达周围也存在径向压缩;只有在长距离处，才能恢复线性响应，其中介质径向拉伸。具有无理指数的标度律将远场重整化应变与由夹杂物或主动力施加的近场应变相关联。
2012-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Ultrafast reversible self-assembly of living tangled matter
本文以加州黑虫为对象，结合实验、理论与模拟，揭示共振交替螺旋波如何同时驱动活性细丝缠结形成与毫秒级超快解缠，为拓扑可调活性材料设计提供原理指导。
2022-10-07 cond-mat.soft
Brownian motion near an elastic cell membrane: A theoretical study
弹性约束是许多生物系统的重要组成部分，并决定了悬浮颗粒在流动条件下的输运特性。在这一章中，我们回顾了在活细胞附近运动的粒子的布朗运动，活细胞的膜被赋予对剪切和弯曲的阻力。通过计算与频率相关的迁移率函数和应用波动耗散定理进行分析计算。弹性界面赋予系统的记忆效应，导致一个长期的异常亚扩散附近的粒子制度。在稳定极限，扩散行为接近附近的无滑移硬壁。分析预测进行了验证，并补充边界积分模拟。
2017-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Interplay between optical, viscous and elastic forces on an optically trapped Brownian particle immersed in a viscoelastic fluid
我们提供了一个详细的研究之间的相互作用，出现在布朗运动的一个微米级的球浸没在一个粘弹性流体测量与光阱干涉。为了探索广泛的粘性，弹性和光学力，我们分析了两种不同的粘弹性溶液在不同的浓度，这提供了一个动态的聚合物结构周围的布朗球。我们的实验表明，取决于流体，光学力，即使很小，在低频率下轻微修改的复数模量。根据我们的研究结果，我们提出了一种替代方法来校准这种实验设置时，使用非牛顿流体。理解光学势的影响对于正确解释生物材料和生物物质的基于光学捕获探针的研究所获得的力学性质是至关重要的。
2016-09-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Emergent epithelial elasticity governed by interfacial surface mechanics and substrate interaction
本文推导了上皮组织的弹性理论，揭示了界面张力与基底作用主导的弹性失稳及褶皱行为，并解释了经典理论无法说明的厚度调制相位反转现象。
2025-04-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hindered nematic alignment of hematite spindles in viscoelastic matrices
研究了聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶中由纺锤形赤铁矿颗粒组成的复合材料的粘弹性行为，通过流变振荡剪切实验，以及这些介观各向异性颗粒在外部磁场中的场诱导排列。由于它们的磁矩和磁各向异性，赤铁矿纺锤体与它们的长轴垂直于外部磁场的方向对齐。作用在磁性颗粒上的场致扭矩导致水凝胶基质的弹性形变。因此，作为微流变探针的各向异性颗粒的场依赖取向分布函数取决于水凝胶基质的弹性模量。在外加磁场的情况下，通过小角X射线散射实验确定了取向分布函数。随着通过聚合物体积分数和交联密度调谐的水凝胶的弹性增加，这些各向异性磁性颗粒的场诱导排列逐渐受阻。微观流变的结果是根据宏观流变实验表明增加的弹性与外部场的磁通密度的增加。
2017-04-19 cond-mat.soft
Bend Instabilities and Topological Turbulence in Shear-Aligned Living Liquid Crystal
Kent State University（肯特州立大学）
研究剪切对齐活体液晶中的弯曲不稳定性与拓扑湍流，揭示主动力与被动基底对活性物质动力学的影响。
2025-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Schools of skyrmions with electrically tunable elastic interactions
在软物质中，有序性和流动性的共存常常模仿生物学中的情况，从而允许复杂的动力学和像显示器这样的应用。在活跃的软物质中，由于这种动力学，涌现的秩序可以出现。由局部能量转换提供动力，这种行为类似于生命系统中的运动，如鱼群。在细胞水平上类似的动力学驱动着生物过程并产生宏观功。具有这种突发行为能力的无生命粒子可以为纳米机器提供动力，但大多数活性系统都有生物起源。在这里，我们表明，数千至数百万的拓扑孤子，被称为“skyrmions”，而每个转换宏观提供的电能，表现出集体运动沿自发选择的方向与电场的方向无关。在这些“学校”的skyrmion，我们发现极性排序，可重构的多skyrmion集群和大规模的凝聚力介导的平衡弹性相互作用。值得注意的是，这种行为在类似于液晶显示器中的条件下出现，并且可以使动态材料具有强的出射电光响应。
2019-10-17 cond-mat.soft
Nonlinear and Nonlocal Elasticity in Coarse-Grained Differential-Tension Models of Epithelia
上皮组织的形状是由组织中细胞的胞浆中的收缩力和它们之间的粘附力的复杂相互作用引起的。许多离散的、基于细胞的模型通过将不同的表面张力分配给细胞的顶侧、基底侧和侧面来描述这些力。这些微分张力模型已被用来描述在不同的生活系统中的上皮细胞的变形，但在上皮细胞的尺度上的基础连续力学仍然不清楚。在这里，我们推导出一个简单的微分张力模型的二维上皮细胞和研究的屈曲下施加压力的上皮细胞的连续理论。分析揭示了在微分张力模型中编码的细胞水平属性如何导致连续体水平上的线性、非线性以及非局部弹性行为。
2018-10-22 cond-mat.soft q-bio.TO
Anomalous linear elasticity of disordered networks
基于理论与数值计算，本文发现临界刚性转变附近的无序弹性网络在低于关联长度时呈现非仿射的异常长程线性弹性响应，具有不同的多极展开结构和更慢的扰动衰减，并讨论了其普适性及对细胞间通信的意义。
2023-01-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Lévy distributed fluctuations in the living cell cortex
本研究通过纳米级追踪发现活细胞皮层涨落服从截断Lévy分布，且大位移并非协同重排，而是重尾噪声驱动的超扩散过程，为细胞骨架建模提供新约束。
2024-11-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mechano-lithography: stress anisotropy driven nematic order in growing three-dimensional bacterial biofilms
活的活跃集体已经进化出了非凡的自我模式能力，以满足生长和生存的物理和生物约束。然而，复杂的多细胞模式如何从单个创始细胞中出现仍然是难以捉摸的。在这里，通过求助于一个代理为基础的模型，我们跟踪的三维（3D）形态动力学和细胞取向的琼脂糖凝胶包裹的细菌生物膜生长的顺序。受限生长导致生物膜中的时空异质应力积累。在生物膜的核心处的高流体静力学和低剪切应力促进粘性到弹性的转变并使细胞堆积随机化，而凝胶-细胞界面附近的相反应力状态驱动具有剪切应力松弛所固有的时间延迟的有序化。总体而言，应力各向异性时空一致的密闭生物膜中的有序，这表明各向异性应力驱动的有序机制。应力各向异性和细胞有序性之间的强烈相互作用激发了用于各种环境和生物医学应用的活的活性集体的创新3D机械光刻。
2022-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Accurate determination of elastic parameters for multi-component membranes
由于共存的脂质相在细胞膜中的异质性已被证实在细胞信号传导和膜运输中起主要的功能作用。因此，多相系统的材料性质，如线张力和弯曲模量，是至关重要的动力学和相分离的渐近行为。在这封信中，我们提出了一个分析和实验相结合的方法来确定相分离囊泡系统的性能。首先，我们开发了一个分析模型的弱芽双相囊泡的囊泡形状。随后，囊泡形状和膜波动的实验数据，并比较模型。结合的方法允许一个可重复的和可靠的测定复杂囊泡系统的物理参数。所获得的参数设定了活细胞质膜中纳米域的大小和稳定性的限制。
2007-06-28 cond-mat.soft
Mechanics of bundled semiflexible polymer networks
虽然肌动蛋白束被活细胞用于结构强化，但捆绑网络弹性的微观起源尚不清楚。在这里，我们表明，以上的肌动蛋白结合蛋白肌成束蛋白的临界浓度，肌动蛋白丝的解决方案组织成一个纯粹的网络束。虽然弱交联网络的弹性由管的仿射变形主导，但束的网络可以根据非仿射弯曲起伏来充分理解。
2007-08-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Defect Textures in Polygonal Arrangements of Cylindrical Inclusions in Cholesteric Liquid Crystal Matrices
采用Landau de Gennes模型对嵌入在液晶基质中的圆柱形颗粒的多边形排列中的缺陷织构进行了系统的计算和标度分析，其中颗粒表面具有强锚定。研究了观察到的缺陷纹理和LC相与手征性、弹性各向异性、颗粒多边形排列和颗粒尺寸的关系。由N个圆形夹杂物组成的多边形网络的存在导致每单位多边形晶胞的净电荷为-（N-2）/2的缺陷织构。随着手征性的增加，LC矩阵显示出以下过渡序列：弱扭曲胆甾相，具有非奇异/奇异缺陷晶格的2D蓝相，仅具有向错的双相，以及具有向错和位错的指纹双相织构。对于浓度远离I/Ch相变和低手性的单体介晶，对于LC相的给定对称性，具有较弱（较强）约束的颗粒导致具有较低（较高）弹性能量的相，而在高手性下，LC相的弹性能量与形成多边形网络的颗粒的数量成比例。因此，六边形（三角形）颗粒排列导致低（高）手性下的低弹性能量。对于半柔性聚合物介晶（高弹性各向异性），缺陷纹理较少的向错/位错出现，但由于层扭曲，我们发现一个更高的弹性能量比单体介晶。模拟中出现的缺陷和所建立的织构规则与纤维素液晶类似物如植物细胞壁和由DNA、PBLG和黄原胶制成的螺旋生物聚合物中间相的实验观察一致。
2012-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multiple-length-scale elastic instability mimics parametric resonance of nonlinear oscillators
空间受限的刚性膜重新组织它们的形态以响应所施加的约束。褶皱的弹性片材呈现出聚集变形能量的随机折叠的复杂图案，同时压缩搁置在软基础上的膜，从而产生具有广泛能量分布的正弦褶皱的规则图案。在这里，我们研究了高度限制膜的能量分布，并显示了一个新的形态不稳定性的出现，由倍周期分岔触发。周期性的自组织聚焦的变形能量观察提供了一个上下对称性破缺，引起的弹性方程的内在非线性，发生。该物理模型与非线性振子中的参数共振类似，是理解各种受限系统（如涂层材料或活组织）形态的新理论工具，皱纹皮肤，肺的内部结构，动脉的内部弹性，脑回或指纹的形成。此外，它开辟了一种新的微加工设计的多周期或混乱（非周期性）的表面形貌通过自组织的方式。
2010-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.AO
Modeling magnetosensitive ion channels in viscoelastic environment of living cells
我们提出并研究了一个假设的磁敏离子通道模型，该模型长期以来被认为是解释弱磁场对生物体（从趋磁细菌到鱼类、鸟类、大鼠、蝙蝠和包括人类在内的其他哺乳动物）影响的可能候选者。该模型的核心是由磁小体作为传感器的短链提供的，该传感器通过弹性连接器耦合到离子通道的门控元件，从而在细胞膜中形成小簇。磁传感器的一端固定在附着于膜的细胞骨架元件上，并暴露于粘弹性胞质溶胶。它的自由端可以响应外部磁场的变化而在粘弹性的胞质溶胶中随机和亚扩散地重新定向，并打开耦合离子通道的门。传感器的动态特性通常是不稳定的，这是由于门的双稳态，它可以处于两种状态，其概率取决于传感器的方向。对于现实的参数，它示出，该模型通道可以在地球的磁场为一个小数目（5至7）的单域磁小体构成的传感器棒，其中每个具有典型的大小中发现的趋磁细菌和其他生物体，甚至只是一个足够大的纳米粒子的特征尺寸也发现在自然界中。结果表明，由于介质的粘弹性，在打开和关闭状态下，通道的停留时间一般呈现幂律和拉伸指数分布。这提供了一个通用的物理机制，用于解释这种异常动力学的起源，为其他离子通道的传感器移动在粘弹性环境中提供的细胞质或生物膜，在一个相当普遍的情况下，超出了迷人的假设磁敏离子通道，我们探索。
2015-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Shear-driven solidification and nonlinear elasticity in epithelial tissues
从形态发生到肿瘤侵袭的生物过程在活组织内自发地产生剪切应力。然而，对上皮中机械力的传递和组织对大剪切变形的集体反应的机制仍然知之甚少。采用基于最小单元的计算模型，研究了简单剪切变形下融合组织的本构关系。我们表明，最初未变形的流体状组织获得有限的刚度以上的临界施加应变。这类似于在其他软物质系统中观察到的剪切驱动刚性。有趣的是，剪切驱动的刚性可以理解的临界尺度分析附近的二阶临界点，支配未变形系统的液-固转变。我们进一步表明，一个solidlike组织线性响应小应变，但然后切换到一个非线性响应在较大的染色，与实质性的硬化。最后，我们提出了一个剪切下的细胞平均场公式，提供了一个简单的物理解释剪切驱动的刚性和非线性响应的组织。
2022-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.bio-ph
Unified description of viscous, viscoelastic, or elastic thin active films on substrates
本文通过粗粒化基于智能体的微观模型，建立覆盖粘性、粘弹性与弹性活性材料的统一连续介质框架，用于研究基底上薄活性膜的集体迁移转变，揭示弹性增强如何抑制持续定向运动并诱发旋转，为生物膜等复杂系统演化研究提供统一工具。
2025-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Topology control of human cells monolayer by liquid crystal elastomer
活组织中的生物细胞形成具有局部取向有序性和拓扑缺陷的动态图案。在这里，我们展示了一种方法来生产细胞单层与预先设计的取向模式，使用人皮肤成纤维细胞（HDF）放置在光取向的液晶弹性体（LCE）。细胞的排列是由与水性细胞生长培养基接触的基底的各向异性溶胀引起的。在LCE中预先设计的图案引起细胞表型的强烈空间变化（由形状变化证明）、它们的表面密度和数量密度波动。与负强度缺陷相比，正强度缺陷的核心附近的细胞浓度显著更高。活性物质固有的缺陷对的解结合被各向异性表面锚定抑制。阵列的几何形状允许人们估计组织的弹性和表面锚定特性。所展示的模式化LCE方法可用于控制活组织中细胞的集体行为、细胞分化和组织形态发生。
2020-03-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Budded membrane microdomains as regulators for cellular tension
我们提出了一种机制，在活细胞膜的机械调节，基于细胞膜和膜水库之间的膜面积的交换。储库由内陷的膜微区组成，随着膜应变的增加，这些微区容易变平，从而有效地控制膜张力。我们发现，域形状的过渡是一阶的，允许平面和内陷域之间的共存。在共存期间，膜张力由畴弹性和形状转变的动力学控制。我们表明，活细胞的质膜的张力是固有的瞬态和动态的，和有价值的见解的细胞膜的组织可以通过研究机械扰动后的细胞膜张力的变化。
2005-09-19 cond-mat.soft q-bio.SC
An Elastic Quartic Twist Theory for Chromonic Liquid Crystals
有色液晶是一类溶致性材料，由于其对生命系统的适应性而引起人们越来越多的兴趣。为了描述它们的弹性性质，经典的Oseen-Frank理论需要非常小的扭转常数和（相对）大的鞍展常数，大到违反埃里克森不等式之一，这保证了Oseen-Frank存储能量密度在下面有界。虽然这种违反并不妨碍存在和稳定的平衡扭曲的问题与固定的几何约束，自由边界问题的液滴的研究揭示了一些矛盾的后果。最小化序列驱动的总能量为负无穷大已被构建采用不断增长的针形tactoids纳入一个发散的扭曲[物理。修订版E 106，044703（2022）]。为了克服这些困难，我们在这里提出了一个新的弹性理论，扩展了经典的Oseen-Frank存储能量的有色添加一个四次扭曲项。我们表明，在四次扭曲理论的液滴的总能量是有界的，因此，已知的悖论被排除。四次项在理论中引入了一个唯象长度$a$;这影响了限制在毛细管内的有色物质的平衡。使用已发表的实验数据，我们可以估计$a$。
2022-12-23 cond-mat.soft math-ph math.MP
Emergent dynamics of active elastic microbeams
本文以数十个活性胶体构建活性弹性微梁，结合微尺度拉伸测试、理论与随机推断，揭示其自振荡、持续旋转等涌现行为，并证明其动力学可映射到由边界条件调控的相变，为活性固体与微型机器设计提供新思路。
2025-08-28 cond-mat.soft
Cavitation controls droplet sizes in elastic media
生物细胞使用液滴来分离组分并在空间上控制其内部。实验表明，复杂，拥挤的细胞环境影响液滴的排列和它们的大小。为了理解这种行为，我们在这里构建了一个理论描述的液滴在弹性基质中生长，这是由实验在合成系统中的单分散乳液在温度下降过程中形成的动机。我们表明，大液滴只形成时，他们打破周围的矩阵在空化事件。与空化相关联的能量屏障使小液滴在网格尺寸的量级上稳定，并减少成核的随机效应。因此，空化液滴具有相似的尺寸和高度相关的位置。特别是，我们预测空化液滴的密度，随着冷却速度的增加，在实验中。我们的模型还表明如何调整冷却协议和成核点的密度影响液滴尺寸分布。总之，我们的理论解释了弹性基质如何影响合成系统中的液滴，并为理解生物学案例提供了一个框架。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Shape Transitions in Network Model of Active Elastic Shells
本文提出一个活性弹性壳网络模型，通过弹簧激发与压力调节耦合，实现从球体到椭球体或不同球体的形状转变，并发现临界压力作为形状敏感开关，为自主形状转变提供生物启发设计原则。
2023-07-06 cond-mat.soft
Segregation, Finite Time Elastic Singularities and Coarsening in Renewable Active Matter
本研究通过流体动力学模型揭示可再生活性肌动球蛋白弹性体中两种肌球蛋白驱动的应力图案化，发现均匀收缩态自发分离并形成有限时间奇异结构，最终导致缓慢粗化，为应力纤维形成和细胞骨架功能表型提供新见解。
2025-04-24 cond-mat.soft
Creases and cusps in growing soft matter
本文利用复分析、非线性分岔理论和路径无关积分，系统研究了生长或溶胀软材料在Biot不稳定性下的二维界面屈曲形态，重点揭示了褶皱、折叠与尖点等图案的形成机制及物理参数作用。
2023-09-20 cond-mat.soft physics.class-ph
Thermophoretically induced large-scale deformations around microscopic heat centers
选择性地加热嵌入软弹性基质中的微观胶体颗粒是具有高度实际相关性的情况。例如，在高温癌症治疗期间，加热的磁性胶体颗粒周围的细胞组织被破坏。软弹性聚合物基体上的实验表明，一个非常长的范围内，非衰减的径向分量的热致位移场周围的微观热中心。我们从理论上证实了这一猜想，使用宏观流体动力学双流体描述。热泳效应和弹性效应都包括在这个理论中。事实上，我们发现，环境的弹性可以导致实验观察到的嵌入矩阵中的大规模径向位移。更多的实验证实了弹性的核心作用。最后，在实验中的位移场的线性衰减的径向分量归因于实验样品的有限尺寸。在修正的边界条件下，我们的理论分析也得到了类似的结果。
2016-04-19 cond-mat.soft
Instabilities in complex mixtures with a large number of components
活细胞内部是数千种成分的复杂混合物。试图在这些混合物中考虑所有的个体相互作用是没有希望的。因此，我们开发了一种统计方法来近似它们，并检查条件下的混合物相分离。该方法用一个随机矩阵近似混合物的第二维里系数矩阵，并由该随机矩阵的谱确定混合物的稳定性。
2003-07-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
