Diffusion of Janus Particles in Bacterial Suspensions: Second-Order Phase Transition and Counterintuitive Directional Propulsion
通过建立细菌趋化性的分子动力学模型，首次研究了考虑趋化效应的细菌悬浮液中示踪剂的统计特性。我们证明了非高斯统计的全涂层示踪剂来自于非热细菌噪声。此外，Janus（半涂层）示踪剂执行的复合随机行走结合幂律尾分布的Lévy飞行与布朗抖动在低涂层浓度，但转向增强定向传输（EDT）时，涂层浓度高。与传统的自推进颗粒不同，在增加涂层浓度时，EDT的方向从沿着示踪剂取向反直觉地反转到与示踪剂取向相反。这两个过渡被确定为二阶，与相边界满足在一个三相点。提出了一个理论模型，揭示了这种异常的输运行为的起源。我们的研究结果揭示了活性物质在外界刺激下的基本非平衡物理，强调了非对称环境在调节生物系统中的运输过程中的关键作用。
2017-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Multiplicity of actuated shapes in woven fabrics with twisted Janus fibres
我们调查的驱动机织物，包括积极的Janus纤维与强加的扭曲，弯曲在各向同性和非对称状态之间的相变时，在可变方向。包含具有不匹配的节距或旋向卷曲的一对Janus纤维的纺织品的基本特征是在延伸系数的一定范围内存在具有不同能量的多个稳定形状。如果活性纤维闭合成环，则产生扭转以适应弯曲方向的调整。通常通过添加更多的被动丝来稳定结构，并且在这种情况下也观察到多稳定性。
2018-06-25 cond-mat.soft
Programmable Filaments and Textiles
我们分析了各种变形结构，通过驱动Janus细丝包括驱动和被动部门和纺织品纳入驱动和被动细丝。在Janus环和纺织品中都检测到了在驱动时在一定范围内的相对延伸范围内的替代形状和绝对稳定和亚稳态状态共存之间的转变。单丝和纺织品都可以反向设计，通过控制驱动扇区的尺寸和方向弯曲成所需的形状。
2019-03-14 cond-mat.soft
Clustering-induced velocity-reversals of active colloids mixed with passive particles
最近的实验表明，胶体悬浮液可以自发地自组装成各种内部结构，尺寸和动力学性质的致密集群时，掺杂活性Janus粒子。典型的是，这些星团在形成过程中以弹道方式移动，但动态地恢复它们的速度，并暂时与它们所包含的Janus粒子的自推进方向相反。在这里，我们探索了一个简单有效的模型，胶体混合物，它允许再现实验中看到的大多数方面，包括形态和速度反转的集群。我们将后者归因于被动颗粒对活性胶体帽的非互惠电泳吸引力，即使在紧密接触时也会发生，并将活性颗粒向后推。当电泳相互作用是排斥的，反过来，它们会导致动态聚集的被动胶体的化学密度最小值所产生的活性粒子，最近在实验中看到的;在其他参数制度，他们诱导旅行前的活性粒子所追求的被动共存的活性气体。
2019-09-20 cond-mat.soft
Active and passive microrheology with large tracers in hard colloids
本研究通过朗之万动力学模拟和模式耦合理论（MCT）探讨了准硬胶体球浴中大示踪粒子的主动与被动微流变学，发现两者可通过线性响应理论关联，并揭示了示踪粒子扩散机制及浴中速度场衰减规律。
2023-07-29 cond-mat.soft
Enhanced diffusion of a tracer particle in a lattice model of a crowded active system
亚细胞、细胞和多细胞水平的生命系统通常是包含活性粒子的拥挤系统。这些粒子的主动运动也可以推进被动粒子，这通常导致被动粒子的增强的有效扩散。在这里，我们研究了扩散的被动示踪粒子在这样一个密集的系统中的主动人群使用最小晶格模型，将粒子相互推动。我们发现，该模型具有几个制度的运动和量化的增强扩散的密度和活动的积极拥挤的函数。此外，我们证明了示踪剂扩散和活性粒子的聚集，抑制增强扩散的相互作用。被动和主动拥挤的混合物的模拟表明，一个相当小的分数的活性粒子是足够的观察增强扩散。
2020-06-17 cond-mat.soft
Hydrodynamic simulations of self-phoretic microswimmers
本文建立了一个介观流体动力学模型来模拟热泳或扩散泳驱动的合成自推进Janus粒子。我们首先提出了一个被动的胶体球模型，它再现了正确的旋转动力学与强大的泳动效应。这个胶体溶液模型采用了多粒子碰撞动力学描述的溶剂，并结合潜在的相互作用与溶剂，坚持边界条件。引入非对称和特殊的胶体表面来产生自泳Janus粒子的性质。比较研究了Janus和microdimer泳动者的游泳速度和诱导流行为。自泳微二聚体显示出长程流体动力学相互作用，并且可以被表征为牵引器或推动器。相反，Janus粒子的特征是短程流体动力学相互作用，并表现为中性游泳者。我们的模型很好地模仿了最近的实验实现的自泳Janus粒子。
2014-03-04 cond-mat.soft
Self-propelled Janus particles in a ratchet: Numerical simulations
布朗运输的自推进过阻尼microswimmer（如Janus粒子）在一个二维的周期性分隔通道的数值研究不同的隔室几何形状，边界碰撞动力学，和粒子旋转扩散。由此产生的时间相关的主动布朗运动是受整流的空间不对称的存在。我们证明了Janus粒子的棘轮效应可以比普通的热势棘轮效应强几个数量级，因此可以通过实验获得。特别是，仅通过添加一小部分Janus粒子就可以诱导大量被动粒子混合物的自主泵浦。
2013-06-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Odd mobility of a passive tracer in a chiral active fluid
该研究建立二维手性活性流体中被动示踪剂反常升力的广义 Green-Kubo 关系，提出奇数迁移率，并通过模拟揭示其密度变形机制及尺寸分选潜力。
2023-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal Poisson statistics of a passive tracer diffusing in dilute active suspensions
本研究从第一性原理出发，通过微扰展开推导稀活性悬浮液中被动示踪粒子的统计特性，证明一阶密度下其服从空间Poisson过程，将多体动力学简化为两体相互作用，并解析解释了有色Poisson过程的起源。
2022-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tracer Dynamics in Crowded Active-Particle Suspensions
我们推导出运动方程的均方位移（MSD）的主动布朗粒子（ABP）在拥挤的环境中建模的密集系统的被动布朗粒子，和被动示踪粒子在密集的主动布朗粒子系统，使用投影算子计划。示踪粒子与稠密宿主环境的相互作用产生强烈的记忆效应。评估这些大约在最近开发的模式耦合理论的框架内的玻璃化转变的活性布朗粒子（ABP-MCT），我们讨论了各种制度的活动引起的超扩散运动和密度引起的次扩散运动。该理论的预测结果与事件驱动的布朗动力学模拟方案的二维主动布朗硬盘的动力学结果吻合良好。
2021-07-26 cond-mat.soft
Dynamical fluctuations of a tracer coupled to active and passive particles
本文推导与主动或被动 Brownian 粒子弹性耦合的惯性示踪剂的广义 Langevin 方程，比较耗散核、噪声及 FDR/FRR，并量化主动浴的非平衡响应与小活性极限。
2023-08-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Curvature Induced Activation of a Passive Tracer in an Active Bath
我们使用数值模拟来研究一个大的不对称示踪剂浸没在一个低密度悬浮液中的自推进纳米粒子在两个维度上的运动。具体来说，我们分析了曲率的示踪剂如何影响其平移和旋转运动在一个积极的环境。我们发现，即使非常少量的曲率是足够的活性浴赋予定向运动的示踪剂，这导致其有效的激活。我们提出了简单的缩放参数来表征这种诱导活动的曲率的示踪剂和自推进力的强度。我们的研究结果提出了新的方法来控制被动示踪剂在主动介质中的输运特性，通过仔细剪裁它们的几何形状。
2014-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Speed up of passive tracers in mixtures with active chemical reactions
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 Luxembourg（卢森堡大学）
本研究通过热力学一致的化学反应模型，发现活性反应可减少示踪剂阻力并产生非平衡涨落，从而加速其扩散，为控制质量传输提供新途径。
2026-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Optoelectronically Enabled Simultaneous and Decoupled Navigation and Selective Pairing of Electrically Driven Janus Particles for Multi-Agent Microrobotics
School of Mechanical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院）；School of Biomedical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学生物医学工程学院）
本文提出光电子策略，通过可编程虚拟电极实现电驱动双面神颗粒的同步解耦控制，完成多颗粒配对与独立操控，为多智能体微机器人操控提供通用框架。
2026-10-14 cond-mat.soft
The stress tensor of dilute active colloidal suspensions
Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems, Université Libre de Bruxelles (U.L.B.)（非线性现象与复杂系统中心，布鲁塞尔自由大学）
研究稀释活性胶体悬浮液的应力张量，结合自扩散菲克效应和化学反应，推导出有效粘度公式及两个新贡献。
2025-03-14 cond-mat.soft
Random walk of passive tracers among randomly moving obstacles
背景资料：这项研究的主要动机是需要了解生物分子（甚至是更大的物体）的扩散行为如何受到活细胞内其他运动的大分子，细胞器等的影响，从而有可能了解随机行走的生物分子是否也受到长距离力场的影响，将其推向目标。方法：本文利用连续时间随机游动（CTRW）技术，研究了随机环境中被动扩散粒子在由随机运动和相互作用的障碍物组成的拥挤环境中的随机游动问题。结果如下：计算出的相关物理量是被动示踪剂的扩散系数，该扩散系数是作为平均障碍物间距离的函数计算的。结论：这里报告的结果表明，如果一个生物分子，让我们称之为测试分子，在其他独立相互作用的分子存在下向其目标移动，它的运动可以大大减慢。因此，如果这种减慢可能损害待由测试分子执行的任务的效率，则将需要一些加速因子。分子间电动力是作为加速因子的良好候选者，因为它们可以在像胞质溶胶这样的介质中在长距离处起作用，而不管其离子强度如何。
2016-01-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
One-dimensional Janus fluids. Exact solution and mapping from the quenched to the annealed system
精确地导出了一维通道中Janus流体的平衡性质。流体由具有两个面（主动面和被动面）的粒子组成，因此对相互作用是硬球的相互作用，除非两个主动面彼此在前面，在这种情况下，相互作用具有方阱吸引尾。我们的精确解决方案是指淬火系统（即，每个粒子具有固定的面取向），但是我们通过热力学-机械工具论证了该结果也适用于退火系统（即，每个粒子可以翻转其取向）。淬火和退火系统的理论结果和蒙特卡罗模拟之间的比较，分别显示出良好的协议。
2020-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Mode-Coupling Theory for Tagged-Particle Motion of Active Brownian Particles
我们推导出一个模式耦合理论（MCT）来描述在两个空间维度的活性布朗粒子（ABPs）的稠密系统中的示踪粒子的动力学。ABP经历平移和旋转布朗动力学，并配备有一个固定的自推进速度沿其取向矢量，描述了他们的主动运动。由此产生的运动方程的标记粒子密度关联函数描述的各种情况下的示踪剂动力学接近玻璃化转变：一个被动的胶体粒子在ABP的悬浮液中，一个单一的活性粒子在玻璃形成的被动主机悬浮液，和在一个浴的活性粒子的活性示踪剂。这些情况下，假设硬球粒子之间的相互作用的数值结果。对事件驱动的布朗动力学（ED-BD）模拟的主动和被动硬盘的理论的定性和定量的准确性进行了测试。模拟和理论被发现在定量协议，提供一个调整的整体密度（已知从玻璃态动力学的被动描述），并允许在主动主机系统的自推进速度的重新调整。这些调整解释了ABP-MCT通常高估动力学阻滞趋势的事实。我们还确认在模拟中的瞬态和稳态动力学密度关联函数的一个独特的功能，他们缺乏对称性下的时间反演，展示了系统的非平衡性质，以及它如何体现在理论。
2021-07-27 cond-mat.soft
Dynamics of ellipsoidal tracers in swimming algal suspensions
被动示踪剂在活性流体中的扩散增强是活性流体的普遍特征，近年来得到了广泛的研究。与平衡复杂流体的微观流变学类似，不寻常的增强粒子动力学揭示了活性流体的内在性质。尽管如此，以前的研究表明，球形示踪剂的平移动力学是定性相似的，独立于活性粒子是推动者还是拉动者-活性流体的两个基本类别。是否有可能通过简单地对被动示踪剂的动态成像来区分推动者和拉动者？在这里，我们研究了孤立的椭球体在藻类C。reinhardtii悬浮液-一种puller-type活性流体的模型。结合我们以前关于E型推进器的结果，大肠杆菌悬浮液[Peng等人，物理修订版信函116，068303（2016）]，我们表明，不对称示踪剂的动力学显示出由于其旋转自由度而导致的推动器和拉动器的深刻差异。虽然实验室框架的平移和旋转的椭球体的增强在推和拉，类似于球形示踪剂，各向异性扩散的椭球体框架中显示出相反的趋势，在两类活性流体。当椭球体浸没在牵引器中时，其沿长轴的扩散最快，而在推进器中，其沿长轴的扩散最慢。这种显著的差异可以用一个简单的流体动力学模型来定性地解释。此外，我们的研究表明，藻类悬浮液的近场平流对椭球体的平移和旋转的影响表现出不同的范围和强度。我们的工作不仅提供了新的见解，普遍的组织原则的活性流体，但也是一个方便的工具，检测类活性粒子。
2016-10-05 cond-mat.soft
Diffusion in systems crowded by active force-dipole molecules
对含有活性蛋白质的系统的实验研究表明，被动示踪粒子和活性分子的扩散系数大于不存在化学活性时的相应值，所述活性蛋白质经历催化化学反应驱动的构象变化。对于这种行为已经提出了各种机制，其中包括在细丝上移动的分子马达的力偶极相互作用和活性蛋白质产生的集体流体动力学效应。模拟了一个多组分系统，其中包含在开放和封闭状态之间循环的活性哑铃分子，一个被动示踪粒子和溶剂分子。与实验一致，它表明，被动粒子和哑铃本身的扩散系数增强时，哑铃是主动的。哑铃的体积分数上的扩散增强的依赖性被确定，和拥挤的影响，由活跃的哑铃分子示出不同的，由于非活性分子。
2017-02-24 cond-mat.soft
Active suspensions of bacteria and passive objects: a model for the near field pair dynamics
近场流体动力学相互作用是必不可少的，以确定许多重要的新兴行为观察到的主动悬浮液，但尚未成功地建模至今。在这项工作中，我们提出了一个有效的模型，能够有效地捕捉近场流体动力相互作用的本质，数值验证的教学模型系统组成的E。大肠杆菌和球形示踪剂。所提出的模型有效地捕捉所有的细节，近场流体动力学通过只有一个张量系数的阻力，这是根本不同的，因此不能被取代，一个有效的相互作用的保守性。在一个关键的测试情况下，研究散射角的细菌示踪剂对动力学，计算的基础上提出的模型揭示了一个区域的参数空间中的细菌被困的球形示踪剂，一种现象，经常在实验中观察到，但不能解释任何现有的模型。
2020-02-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Behavior of passive polymeric tracers of different topologies in a dilute bath of active Brownian particles
通过二维模拟研究了稀薄活性粒子浴中不同拓扑被动高分子示踪剂的动力学，发现活性粒子积累诱导的臂配对使星型高分子在高活性下展现独特动力学行为。
2025-10-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Engineering passive swimmers by shaking liquids
微型游泳者的运动和设计是当前基础和应用研究的热点问题。除了许多活的和人工的主动微泳者之外，最近才发现了一种被动微泳者：一种柔软的、λ形的、非浮力的颗粒在平均速度为零的振荡液体中传播[Jo et al. Phys. Rev. E 94，063116（2016）]。我们表明，这种新的被动运动机制的工程现实的非浮力，不对称的Janus微胶囊以及。根据我们的分析近似，这种运动需要在振荡液体运动的两个半周期期间由软颗粒的不同Stokes阻力引起的对称性破缺。正是Janus囊和λ形粒子的固有各向异性打破了正弦液体运动的对称性。此外，我们表明，这种被动运动机制也适用于更广泛的对称软粒子，例如，胶囊，通过打破对称性，通过适当的液体振荡。通过适当选择液体运动，可以唯一地选择游动方向。数值研究，包括格子玻尔兹曼模拟，也表明这种运动可以超过重力，即，非浮力颗粒可以在摇动的液体中升高或集中在容器的底部。这种新颖的推进机制与许多应用相关，包括用于医疗目的的软颗粒（如健康和恶性（癌）细胞）的分选，或使用非浮力软颗粒作为定向微泳者。
2019-07-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Macroscopic rotation of active colloids in a colloid-polymer mixture confined inside a spherical cavity
从研究通过分子动力学模拟，我们报告的结果，在活性胶体和被动聚合物的混合物，被限制在一个球形容器内的排斥边界的结构和动力学。这样的系统在生物聚合物的背景中模拟细菌的存在。在完全被动的情况下，所有的相互作用都是以这样一种方式选择的，即在富胶体和富聚合物相之间的平衡共存。在大部分研究中，所选择的成分会产生Janus结构;球体的一侧被胶体占据，其余部分被聚合物占据。这种部分潮湿的情况几乎模仿了完全被动场景中的中性墙。在向胶体引入速度对齐活动之后，富含聚合物的域的形状改变为椭圆体的形状，围绕其长轴，富含胶体的域获得宏观角动量。在稳定状态下，该轴的方向通过扩散而演变，这意味着被动域也被主动粒子设置为运动。
2021-12-01 cond-mat.soft
Active colloidal particles in emulsion droplets: A model system for the cytoplasm
在活细胞中，分子马达产生的活性增强了颗粒在整个细胞质中的扩散，而不仅仅是附着在马达上的颗粒。我们展示了创建模仿这种现象的人工细胞的初步步骤。我们的系统包括主动，Pt涂层Janus粒子和被动示踪剂局限于乳液液滴。我们在过氧化氢溶液中跟踪活性粒子和被动示踪剂的运动，过氧化氢溶液用作驱动运动的燃料。我们首先表明，修正批量平移和旋转运动的气泡形成引起的液滴是必要的，以准确地跟踪粒子。漂移校正后，我们发现，活性粒子在液滴内部的扩散增强，并没有被捕获的液滴界面。在我们使用的粒子和过氧化氢浓度下，我们观察到活性粒子和被动粒子之间几乎没有耦合。我们讨论了缺乏耦合的可能原因，并描述了改善系统以更有效地模拟细胞质活性的方法。
2018-06-14 cond-mat.soft
Quantitative measurements of non-equilibrium interactions of catalytic microswimmers with dual colloidal tracers
本文通过高通量跟踪和双示踪粒子方法定量测量了不同形状催化微泳体的非平衡相互作用，发现其强烈依赖几何形状，并证明现有理论模型不适用，为集体行为描述奠定基础。
2024-09-02 cond-mat.soft
Dynamics of self-propelled tracer particles inside a polymer network
示踪剂颗粒通过网状环境如生物水凝胶和聚合物基质的运输在自然界中是普遍存在的。这些示踪剂可以是被动的，例如胶体或主动的（自推进的），例如合成纳米马达或细菌。原则上，计算机模拟在探索示踪粒子通过网状环境的主动（自推进）运输机制方面应该是非常有用的。因此，我们在金刚石晶格上构建了一个聚合物网络，并使用计算机模拟来研究网络内部球形自推进粒子的动力学。我们的主要目标是阐明作为示踪剂的大小和刚度的聚合物网络的函数的示踪剂粒子的动力学的自推进的效果。我们计算的时间平均均方位移（MSD）和范霍夫相关的示踪剂。一方面，对于较大的粘性粒子，网络粒子的束缚作用胜过了自推进作用的逃逸作用;这导致中间时间亚扩散。另一方面，较小的示踪剂或具有高自推进速度的示踪剂可以很容易地逃离笼子并表现出中间时间的超扩散。网络越硬，示踪剂的动力学越慢，并且较大的示踪剂表现出更长的中间时间超扩散，因为持续时间按$\sim σ^3$标度，其中$σ$是示踪剂的直径。在中间时间，非高斯性是更明显的活动示踪剂。在很长一段时间内，示踪剂的动力学，如果被动或弱主动，成为高斯和扩散，但保持平坦的示踪剂具有高的自推进，占其看似不受限制的运动在网络内。
2022-12-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Extracting maximum power from active colloidal heat engines
胶体热机通过操纵受限示踪剂从波动浴中提取能量。考虑到一个自走式示踪剂包围浴被动胶体，我们优化发动机性能的基础上，最大可用功率。我们的方法依赖于一个绝热的平均场处理浴粒子，减少了多体描述成一个有效的示踪剂动力学。它使我们揭示，当在恒定的活动操作时，发动机只能产生比其被动对应物少的最大功率。相比之下，等温发动机的输出功率，与循环变化的自推进没有任何被动等效操作，表现出最佳的限制和活动。直接数值模拟的微观动力学支持这些结果的有效性，甚至超出平均场制度，与潜在的相关性的实验发动机的设计。
2018-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inverse Solidification Induced by Active Janus Particles
当热激发或晶格中缺陷的浓度足够高时，晶体熔化。熔化后，晶体的长程序消失了，固体变成了流体。与固体熔化的经典情况相反，在这里，我们证明了一个反直觉的行为，在最初的无序矩阵中出现结晶长程序。这种不寻常的固化表现在一个系统的被动胶体颗粒容纳化学活性缺陷-光催化Janus颗粒。当活性缺陷引起的波动量（有效温度的量度）达到临界值时，观察到的结晶发生。这种不寻常行为背后的驱动机制纯粹是内部的，类似于爆炸引起的固化。在这里，“内部微爆炸”的作用是由胶体基质中缺陷的光化学活性发挥的。缺陷诱导的固化发生在非平衡条件下：只要在活性Janus粒子缺陷的表面处的催化光化学反应以离子流的形式提供恒定的能量供应，所产生的固体就存在。我们的发现对于理解远离热力学平衡的极端条件下物质的相变是有用的。
2020-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
From Clarkia to Escherichia and Janus: the physics of natural and synthetic active colloids
活性胶体是从其环境中吸收自由能并利用该能量进行内在非平衡活动（如生长、复制和自我推进运动）的颗粒悬浮液。活性胶体的一个明显的例子是细菌的悬浮液，如大肠杆菌，它们的物理尺寸几乎总是在胶体范围内。合成的自推进颗粒最近也变得可用，例如双面或Janus，通过在其表面上的不同化学反应驱动自泳运动而推进的颗粒。在这些讲座中，我给一个教学介绍的物理学的单粒子和集体性质的活性胶体，重点是自我推进。我将比较和对比“游泳者”悬浮液中的现象与被动粒子悬浮液的行为，在被动粒子悬浮液中只有布朗运动（由罗伯特·布朗在野花{ \it Clarkia pulchella}花粉的颗粒中发现）是相关的。我将特别关注与使用这些活性颗粒悬浮液进行实验有关的问题，例如如何确定悬浮液的游泳速度分布，并包括一个附录，以指导物理学家开始培养能动细菌。
2013-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Interplay of activity and non-reciprocity in tracer dynamics: From non-equilibrium fluctuation-dissipation to giant diffusion
University of Delhi（德里大学）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
研究揭示了非互惠相互作用如何通过非平衡波动-耗散关系影响示踪体扩散，发现非互惠性增强导致巨扩散，对主动软物质和生物系统有重要影响。
2026-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The Anomalous Transport of Tracers in Active Baths
我们推导出长时间的动态示踪剂浸泡在一个一维的活性浴。与以前的研究相比，我们发现阻尼和噪声相关性具有长时间的尾巴，其指数取决于示踪剂的对称性。对于一般的示踪剂，形状不对称诱导棘轮效应，改变波动，并导致超扩散和摩擦，随着时间的推移，当示踪剂以恒定的速度拖动。在一个完全对称的示踪剂的奇异极限，我们恢复正常的扩散和有限摩擦。此外，对于小的对称示踪剂，主动贡献的摩擦成为负的：主动粒子增强运动，而不是反对it.These结果表明，在低维系统中，被动示踪剂在一个主动浴的运动不能被建模为一个持久的随机游动有限的相关时间。
2022-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rotational 3D printing of active-passive filaments and lattices with programmable shape morphing
Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Stanford University（斯坦福大学）；Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard University（哈佛大学生物启发工程怀斯研究所）
通过旋转多材料3D打印技术，实现具有可编程形状变形的活性-被动丝线和晶格，可精确预测其变形行为，适用于适应性、机器人或可部署应用。
2026-03-05 cond-mat.soft
Fluctuations and Rheology in Active Bacterial Suspensions
我们探测非平衡性质的活性细菌浴通过测量被动示踪剂粒子的相关性和驱动，光学捕获示踪剂的响应函数。这些测量表明违反了波动耗散定理，使我们能够提取的主动应力波动的功率谱。在某些情况下，我们观察到$1/\sqrtω$缩放的噪声频谱，我们可以从一个理论模型，结合耦合应力，方向和浓度波动的细菌。
2007-09-10 cond-mat.soft
Bubble-Driven Flow Transitions in Evaporating Active Droplets on Structured Surfaces
Raman Research Institute（拉曼研究所）
本研究探讨了在结构化表面上蒸发活性液滴时，气泡驱动流与基底地形对粒子沉积模式的影响。
2025-11-27 cond-mat.soft
Propagation of Enzyme-driven Active Fluctuations in Crowded Milieu
该研究通过测量被动示踪粒子扩散，揭示拥挤介质虽降低底物转化率，却显著增强酶活性引起的相对扩散，证明介质在酶机械能传播中的关键作用。
2024-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Enhanced diffusion of tracer particles in dilute bacterial suspensions
游动的细菌产生长距离的速度场，搅拌大量的流体，并围绕分散在流体中的被动颗粒移动。最近的实验和模拟表明，长时间的均方位移的被动粒子在浴中的游泳细菌表现出扩散行为的有效扩散系数显着大于其热对应。这种有效扩散系数的全面理论预测和增强机制的理解仍然是一个挑战。在这里，我们采用Lin等人的动力学理论，J.Fluid Mech.669，167（2011）针对细菌情况的“蠕动者”开发，以定量地预测示踪剂颗粒在游动细菌的稀释的二维和三维悬浮液中的增强的扩散率。我们证明，有效扩散系数是一个产品的细菌数密度，他们的游泳速度，一个几何因素表征的速度场由一个单一的细菌，和一个数值因子。我们表明，数值因子是，事实上，一个相当强大的功能的系统参数，最显着的运行长度的细菌，这些依赖关系必须考虑到定量预测增强扩散。我们进行分子动力学类型的模拟，以确认动力学理论的结论。我们的结果是在最近的二维和三维实验中测得的增强扩散系数的值在一个很好的协议。
2013-08-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Motion of active tracer in a lattice gas with cross-shaped particles
我们分析了嵌入热格子气中的活性示踪粒子的动力学。所有的粒子都受到排斥，直到正方形晶格上的第三近邻，这导致在高密度下的缓慢动力学。对于没有旋转扩散的示踪剂的情况下，我们推导出一个解析表达式的示踪剂的漂移速度v的非平衡密度相关性，涉及示踪剂粒子和它的邻居，我们使用数值模拟验证。我们表明，被动系统的属性单独不足以描述即使是这个简单的系统的一个单一的非旋转的主动示踪剂。对于大的活动和低密度，我们开发了一个近似V。对于示踪剂经历旋转扩散独立于其邻居的情况下，我们将其扩散系数的热扩散系数和V。最后，我们研究动力学的示踪剂的旋转是有限的存在下，相邻的粒子。我们发现，这种旋转锁定的效果可以定量描述的旋转速率的减少。
2018-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transport Coefficients in Dense Active Brownian Particle Systems: Mode-Coupling Theory and Simulation Results
讨论了二维活性布朗粒子（ABP）系统玻璃化转变（MCT）的模式耦合理论的最新进展。我们具体讨论的情况下，一个单一的ABP示踪剂在玻璃形成的被动主机悬浮液，最近已经研究了胶体Janus粒子的实验中的情况。我们采用事件驱动的布朗动力学（ED-BD）的计算机模拟来测试的ABP-MCT，并发现两者之间的MSD很好的协议。ED-BD模拟结果也比较好的实验数据，虽然一个特殊的非单调映射的自推进速度是必需的。的ABP-MCT预测一个特定的自推进依赖的斯托克斯-爱因斯坦之间的关系的长时间扩散系数和主机系统的粘度，以及从模拟的结果相匹配。ABP-MCT内的集成通过瞬态（ITT）的框架来计算的相互作用ABP的密度重整化的有效游动速度的应用程序同意定性与ED-BD模拟数据的密度接近玻璃化转变，和定量的全密度范围后，才采用被动系统的包装分数的映射。
2020-12-14 cond-mat.soft
Diffusion and spatial correlations in suspensions of swimming particles
游动微生物的种群产生流体运动，导致示踪粒子的扩散显著增强。使用模拟悬浮液中的游泳粒子在一个周期性的域，我们捕捉到这种效果，并表明它定性地依赖于游泳的模式：游泳者“推”从后面由他们的鞭毛显示更大的增强比游泳者“拉”从前面。这种差异表现为被动示踪剂的扩散率和速度相关长度与周期域的大小的增加，这只发生在推杆。一个由平均场论支持的物理论证揭示了这些效应的起源。
2008-05-24 cond-mat.soft
Effective temperature of active fluids and sheared granular matter
由自推进粒子的内部活动驱动的活性流体内的动力学是非平衡物理学中深入研究的主题。这些系统已被探索使用模拟，其中被动示踪剂粒子的运动如下。类似的研究已经进行了被动颗粒物质，这是由剪切其边界驱动。在这两种类型的系统的非平衡运动已被量化，通过定义一组“有效温度”，使用示踪粒子动能和波动耗散关系。我们证明，这些有效的温度提取的多体模拟拟合的解析表达式，得到一个单一的活性粒子内的粘弹性流体。这一结果提供了可检验的预测，并提出了一个统一的描述内的动态主动系统。
2018-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Influence of Bubble Lifetime on the Drying of Catalytically Active Sessile Droplets
Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究催化活性Janus液滴在过氧化氢存在下的干燥动力学，探讨气泡诱导的马朗尼流对干燥形态的影响，揭示催化活性对粒子运输的调控作用。
2026-04-09 cond-mat.soft
Absolute negative mobility of an active tracer in a crowded environment
本文通过微观理论揭示活性示踪粒子在拥挤晶格环境中出现绝对负迁移率的机制，解析计算其速度并确定参数条件，同时阐明其与负微分迁移率的关系。
2022-12-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion of Tracer Particles in Early Growing Biofilms. A Computer Simulation Study
本研究通过布朗动力学模拟，揭示早期细菌生物膜中示踪粒子扩散受菌落生长主导，并利用微流变学量化其黏弹性，为理解生物膜物理特性提供新见解。
2025-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Optoelectronically Directed Self-Assembly of Active and Passive Particles into Programmable and Reconfigurable Colloidal Structures
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）；University of the West of England（西英格兰大学）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
通过光电子调控实现主动-被动胶体粒子可控自组装，揭示频率依赖性相互作用与结构多形性在可重构微尺度机器设计中的作用。
2025-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Swim pressure on walls with curves and corners
游泳压力的概念量化了微游泳者在非平衡状态下对围壁施加的平均力。在这里，我们探讨如何游泳压力取决于壁曲率和存在的尖角在墙上。对于高稀释度的主动布朗粒子，我们提出了一个连贯的框架，它描述了任意形状的被动粒子上的力和扭矩，在大颗粒的极限相比，泳者轨迹的持久性长度。所产生的力可以用于导出例如两个圆盘之间的活性诱导的耗尽相互作用，以及优化用于高游泳速度的示踪剂颗粒的形状。我们的预测是可验证的实验被动障碍物暴露在一个浴的细菌或人工microswimmer。
2015-10-01 cond-mat.soft
Stirring by Periodic Arrays of Microswimmers
游动微生物或人工自推进胶体与流体中的被动（示踪剂）颗粒之间的相互作用导致示踪剂的扩散增强。这种增强引起了人们的强烈兴趣，因为它可能导致新的策略来解决微流体规模上的混合难题。大部分的理论工作都集中在示踪剂和游泳者之间的流体动力学相互作用的散装流体。然而，在模拟中，周期性的边界条件（PBCs）往往施加在样品和流体。在这里，我们从理论上分析了PBCs对示踪粒子和微泳者之间的流体动力学相互作用的影响。我们制定了埃瓦尔德和领先的顺序产生的应力波奇异性的游泳者探测PBCs示踪剂轨迹的效果。我们发现，引入周期性的系统有一个令人惊讶的显着效果，即使是相对较小的游泳者示踪分离。我们还发现，体积限制只达到非常大的系统尺寸，这是具有挑战性的模拟与大多数流体动力学求解器。
2017-07-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transport of a self-propelled tracer through a hairy cylindrical channel: interplay of stickiness and activity
由马达蛋白辅助的生物分子的主动运输对于细胞活动的正常运作是必要的。受拥挤的细胞通道中的活性剂的扩散的启发，我们计算研究通过聚合物接枝的圆柱形通道的活性示踪剂的运输通过改变示踪剂的活性和示踪剂的粘性的聚合物。我们的研究结果表明，被动示踪剂表现出深刻的亚扩散，增加粘性，通过探索深入到接枝聚合物区，而纯粹的排斥一个更喜欢通过沿圆柱轴的通道创建的孔状空间扩散。相反，活性示踪剂显示更快的动力学和中间超扩散，即使示踪剂优先保持接近致密的聚合物区域。示踪剂径向位移概率密度分布中的尖峰进一步支持了这一观察结果。我们发现，活性在决定示踪剂通过狭窄通道的途径中起着重要的作用。有趣的是，增加活性会抵消粘性的影响。此外，van-Hove函数表明，活性示踪剂动力学偏离高斯性，偏离程度随着活性的增加而增加。我们的工作直接影响到如何有效的运输和交付货物可以通过一个有限的介质中的活动，相互作用和拥挤的相互作用。展望未来，这些因素对于理解人工自供电机器通过细胞通道导航和执行体内挑战性任务的机制至关重要。
2022-01-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of a spherical self-propelled tracer in a polymeric medium: interplay of self-propulsion, stickiness, and crowding
我们采用计算机模拟研究的动态自推进的球形示踪粒子在粘弹性介质中，由一个长的聚合物链。在这里，粘弹性，粘性和活动（自推进）之间的相互作用带来了额外的复杂性示踪剂动力学。模拟结果表明，随着示踪粒子与聚合物微球的粘附力的增加，示踪粒子的动力学随其粘附在聚合物微球上而减慢，并随其移动，但随着自推进速度的增加，动力学增强.在增加粘性以及活性的情况下，非高斯参数（NGP）表现出非单调行为，这也显示在van-Hove函数的重新缩放的自身部分中。由于增强的结合事件和示踪剂随着链的粘性增加的粘性运动，导致非高斯性。另一方面，随着活性的增加，最初非高斯性随着示踪剂移动通过非均相聚合物环境而增加，但对于更高的活性，逃逸导致负NGP。粘性越大，被动示踪粒子的捕获时间分布越宽，并且有较长的拖尾。另一方面，对于给定的粘性，随着自推进力的增加，其变得更窄并且具有短的尾部。我们相信，我们目前的模拟研究将有助于阐明在粘弹性介质中的活动驱动探头的复杂运动。
2022-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic theory for the diffusion of an active particle in a crowded environment
我们计算的扩散系数的活性示踪剂在一个示意性拥挤的环境中，表示为一个格子气的被动粒子与硬核相互作用。从问题的主方程出发，我们提出了一个超越平凡平均场的封闭近似，并给出了系统中任意密度拥挤者的扩散系数。我们表明，我们的近似是准确的参数范围很广，它正确地捕捉到许多非平衡效应，这是在系统中的活动的签名。除了示踪剂的扩散系数的测定，我们的方法使我们能够表征由活性示踪剂的位移引起的环境扰动。最后，我们考虑低密度和高密度的渐近制度，其中示踪剂的扩散系数的表达变得明确，我们认为是准确的。
2021-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pair Dispersion in Dilute Suspension of Active Swimmers
生物和人工微泳者的集合产生具有强烈非平衡波动的长程速度场，这导致嵌入颗粒（示踪剂）的扩散率急剧增加。虽然这种增强的扩散率可能指向流体的增强的混合，但混合效率的严格量化需要分析示踪剂的成对分散，而不是简单的单粒子扩散率。在这里，我们计算分析的相对扩散系数的被动示踪剂嵌入在一个稀释的悬浮液中的运行和翻滚microswimmer的尺度相关。虽然每个示踪剂受到强烈的波动，导致大的绝对扩散率，小规模的相对分散被抑制，由于流体速度的相关性，这是相关的，当示踪剂间的分离是低于游泳运动的持续长度。我们的研究结果表明，游泳方向的重新定位在生物混合中起着重要的作用，并应考虑在设计潜在的活性物质设备能够有效的流体混合在微尺度。
2019-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A quorum sensing active matter in a confined geometry
本研究通过数值模拟，在圆形受限几何中研究了具有群体感应机制的活性粒子悬浮液的聚集行为，揭示了由边界动力学、感应范围和噪声水平调控的玻璃态、固态和液态等多种聚集相。
2023-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
