Active Hydrodynamics Couples Polymer Organization, Shape Fluctuations, and Motility in Deformable Droplets
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
通过DPD模拟发现，伸展型活性促进聚合物平行排列并增强液滴运动持久性，收缩型活性导致垂直组织并维持近弹道运动，揭示了活性流体动力学对内部结构与运动性的调控机制。
2026-09-18 cond-mat.soft
Contractility in an Extensile System
从本质上讲，所有生物都是活跃和动态的。生物实体自主感知，计算，并使用能产生力和做功的能量耦合棘轮作出反应。细胞骨架及其相关蛋白质和马达是生物活性物质的典型例子，其负责货物运输、细胞运动、分裂和形态学。以前的工作对细胞骨架活性物质系统表现出伸展或收缩动力学。在这里，我们证明了一个细胞骨架系统，可以控制网络动力学的方向是可伸展的，收缩的，或静态的，这取决于通过交联剂或微管浓度的系统变化的细丝或瞬时交联剂的浓度。基于这些新的观察结果和我们以前发表的结果，我们创建了一个简单的一维模型的纤维束内的相互作用。尽管它很简单，我们的模型概括了我们的实验系统中观察到的活动，这意味着我们的有限网络束的动力学是由束内的局部顺磁细丝相互作用驱动的。最后，我们表明，收缩阶段可以导致自主运动的网络，类似于细胞。我们的实验和模型使我们能够更深入地了解细胞骨架动力学，并为设计可能动态切换状态的主动自主系统提供了垫脚石。
2017-03-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Morphology and flow patterns in highly asymmetric active emulsions
我们调查数值，通过混合格子玻尔兹曼方法，形态和动力学的极性活性凝胶，收缩或伸展，和各向同性被动流体制成的乳液。我们专注于一个高度非对称的情况下，有源和无源元件之间的比例。在没有任何活动的情况下，我们观察到一个六阶液滴相，在布局中有一些缺陷。我们研究如何在收缩和伸展的情况下，系统的形态受到活动的影响。在可伸展的情况下，少量的活动有利于消除缺陷的阵列中的液滴，而在较高的活动，首先出现星状旋转液滴，然后出现无序的图案。在收缩的情况下，在足够高的活性值下，形成伸长的结构。能量和涡度拟能行为标志着不同区域之间的过渡。
2019-02-19 cond-mat.soft
Ordering kinetics in active polar fluid
该研究将活性极性流体建模为带活性应力与黏性动量阻尼的可取向物体集合，探究不同活性下的取向场生长动力学，发现活性以特定方式调控畴生长且系统保持动态标度，为活性极性凝胶有序化动力学提供理解。
2023-06-12 cond-mat.soft
Spatiotemporal patterning of extensile active stresses in microtubule-based active fluids
主动应力，这是集体产生的运动消耗能量的棒状成分，产生混乱的自主流动。在空间和时间上控制主动应力是控制可伸展的主动流体的内在混沌动力学的必要前提。我们设计的单头驱动蛋白分子马达，表现出光学增强集群，从而使精确和可重复的空间和时间控制的可扩展的主动应力。这种马达能够在流动状态和静止状态之间快速、可逆地切换。反过来，时空图案的主动应力控制无处不在的弯曲不稳定性的可伸展的活性流体的演变，并确定其临界长度的依赖性。将光学控制的簇与传统的驱动蛋白马达相结合，能够一次性地从收缩性主动应力切换到伸展性主动应力。这些结果开辟了一条道路，对主动流体产生的自主流动的实时控制。
2022-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Cell sorting by active forces in a phase-field model of cell monolayers
该研究利用细胞单层相场模型，证明仅由伸展型与收缩型偶极活性差异引起的不同扩散率，即可驱动细胞分选并形成持续增大的斑块。
2024-03-03 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
Nonequilibrium phase transitions in active contractile polar filaments
我们研究的图案和波动的一个集合的积极收缩极性丝的二维基板上，使用连续描述中存在的非热噪声，参数化的活性温度$T_A$。稳定状态一般由向内指向的星阵列组成，并显示出从移动的星街到静止的星晶格的连续过渡。与其平衡对应物相反，该活性晶体在低$T_A$下显示出真正的长程序。随着$T_A$的增加，星状结构随着寿命分布而重塑;同时，我们发现了以极性和键取向顺序为特征的新型相变。
2012-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Extensile actomyosin?
活细胞的运动得益于肌动蛋白丝和肌球蛋白马达的组装，从非常有组织的横纹肌组织到无序的细胞内束。驱动这些无序结构的机制存在争议，迄今为止研究的所有模型都预测它们是收缩性的。我们重新审视这一预测，通过理论治疗的相互作用的三个良好的内部动力学过程中的肌动球蛋白束：肌动蛋白的研磨，附着-脱离动力学的肌球蛋白和交联蛋白。我们表明，这些过程使一个广泛的控制束的主动力学，包括逆转的细丝的表观速度和可能性产生的扩展，而不是收缩。这些影响提供了一个新的角度在体内系统的研究，以及一个强大的标准，实验阐明肌动球蛋白活性的基础。
2017-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Defect annihilation and proliferation in active nematics
液晶不可避免地具有通过边界条件、外加场或猝灭对有序相产生的拓扑缺陷激发。在平衡状态下，当接近均匀基态时，缺陷对会变粗并湮灭。在这里，我们表明，在积极的液晶缺陷表现出深刻的不同的行为，这取决于活动的程度和它的收缩或伸展的字符。虽然收缩系统增强了被动系统的湮灭动力学，但可伸展系统的作用是将缺陷分开，以便它们以拓扑上良好表征的自推进粒子的方式聚集在一起。我们开发了一个简单的分析模型的缺陷动力学再现的数值解和最近的实验微管驱动蛋白组件的关键功能。
2013-06-04 cond-mat.soft
Deforming polar active matter in a scalar field gradient
具有局部极性或非极性序的活性物质服从于著名的Simha-Ramaswamy不稳定性。目前尚不清楚，尽管这种不稳定性，生物组织可以在动物形态发生过程中进行强大的主动各向异性变形。在这里，我们表明，蛋白质浓度梯度（例如形态梯度），这是已知的控制大规模的协调细胞之间，可以稳定这样的变形。为此，我们研究了一种活性极性物质的流体动力学模型。为了考虑蛋白质梯度的影响，将极性场耦合到也与物质流平流的标量场的边界提供的梯度。在大的系统尺寸限制下，我们特别证明了：（1）当标量场与主动应力之间存在有效的伸缩耦合时，系统是稳定的，即梯度伸缩耦合，而当梯度收缩耦合时，系统总是不稳定的。有趣的是，在生物学文献中有许多系统是梯度伸展的，而我们却找不到任何明显的梯度收缩的系统。(ii)稳定性受到极性大小控制方式的强烈影响。总之，我们的发现，如果实验证实，提出了新的发展原则，直接植根于活性物质物理。
2023-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Geometrical origins of contractility in disordered actomyosin networks
真核细胞内的运动主要来源于肌球蛋白马达在肌动蛋白丝支架上施加的局部力。虽然个别电机局部施加收缩力和伸展力，大肌动球蛋白结构在细胞尺度上是压倒性的收缩，这表明支架有利于收缩超过伸展。虽然这种机制在高度组织化的横纹肌中得到了很好的理解，但其在无序网络（如细胞皮质）中的起源尚不清楚。在这里，我们开发了一个数学模型的肌动蛋白支架的局部二维或三维力学，并确定四个竞争收缩机制。我们预测，一种机制占主导地位，从而局部变形的肌动蛋白打破收缩和伸展之间的平衡。在这种机制中，收缩力主要是由马达横向拉动细丝而不是纵向弯曲细丝产生的。这些发现揭示了最近的$\textit{in vitro}$实验，并为$\textit{in vivo}$发现的无数无序肌动球蛋白系统的收缩性提供了新的几何理解。
2014-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Active Extensile Hydrogels Actuated by Living Polymers of the Bacterial Cytokinetic Protein FtsZ
本研究提出由FtsZ活体聚合物驱动的可伸展生物杂化水凝胶，通过内部踏车结构产生伸展应力，实现可逆软化和流态化，并建立负机械介电常数新范式，为自适应软材料设计开辟新途径。
2025-08-06 cond-mat.soft
Active nematic-isotropic interfaces in channels
本文利用数值模拟方法研究了受限有源液晶中各向同性（I）相与非各向同性（N）相界面的流体力学行为。在低活性下，观察到具有恒定形状和速度的稳定界面分离两相。对于垂面通道中的向列相，NI过渡处的界面速度从零开始增加（i）与收缩系统的活性成线性关系，（ii）与伸展系统成二次关系。有趣的是，由于界面处的作用力，向列相对于收缩系统会膨胀，而对于伸展系统则会收缩。由于活动和温度都影响的稳定性，在稳定制度的活性向列相的温度可以被调谐到观察静态界面，提供了一个操作定义的共存的活性向列相和各向同性相。在更高的活动，超出稳定的政权，观察到的界面不稳定性的可伸展向列相。在这种状态下，缺陷在界面处成核并远离界面，这些缺陷的动力学是有规律的，并且在有限的活动范围内渐近持续。我们使用了改进的混合模型的有限差分和格子玻尔兹曼方法与多弛豫时间碰撞算子，其精度允许我们来表征不同的界面制度的动力学。
2019-07-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Cell division: a source of active stress in cellular monolayers
我们介绍了细胞分裂诱导的活动的概念，并表明，细胞分裂产生的伸展力和驱动器在细胞组装的动力学模式。扩展溶致活性向列相的流体动力学模型，我们描述了由细胞分裂在一个汇合的单层细胞中产生的类似于毒液的速度场。我们表明，实验测得的流场分割Madin-Darby犬肾（MDCK）细胞是由我们的建模方法再现。分裂诱导的活动与可伸展和可收缩细胞集合体中细胞的内在活动一起作用，以改变流动和导向图案以及拓扑缺陷的密度。最后，我们模拟了细胞集落边界的演变，并将细胞分裂引起的指状不稳定性与MDCK细胞培养物扩增的实验观察进行了比较。
2015-08-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Defect Localization by Vanishing Deviatoric Stress in Active Nematics
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
通过分析活性向列湍流中主应力与向列指向矢的关联，发现应力各向异性等值线定位所有±1/2缺陷，为探测细胞单层力学性质提供新途径。
2026-07-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multiscale Microtubule Dynamics in Active Nematics
在基于微管的主动向列学中，马达驱动的微管束的伸展运动为混沌大尺度动力学提供动力。我们量化的丝间滑动运动在孤立的束和在一个密集的活跃的纤维束。一个孤立的微管对的延伸速度与分子马达的步进速度相当。相比之下，在密集的2D主动向列的净延伸是显着较慢，丝间滑动速度广泛分布的平均值和长丝表现出收缩和伸展相对运动。这些测量结果突出了将孤立束的延伸率与密集的2D主动神经元中存在的多电机和多细丝相互作用连接起来的挑战。它们还提供了构建多尺度模型所必需的定量数据。
2021-09-13 cond-mat.soft
Phase segregation of passive advective particles in an active medium
局部收缩配置或星状自发出现和消失的积极极性肌动球蛋白丝的集体随机动力学的紧急结构。与活性细丝结合（未结合）的被动颗粒平流进入紫苑，形成短暂的簇。我们研究了相位分离的被动平流标量在介质中的动态星，作为一个函数的星密度和星重塑粒子扩散的比率。粗化的动力学表现出强烈的违反Porod行为，这表明扩散界面。相分离定态显示出强烈的多尺度涨落和间歇性。我们希望这些独特的非平衡功能，体现在肌动蛋白依赖的分子聚集在细胞表面。
2016-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Topological states in chiral active matter: dynamic blue phases and active half-skyrmions
我们数值研究了活性手性液晶中二维蓝相的动力学。我们发现，引入收缩活动的结果稳定的蓝色相，而小的伸展活动产生有序的，但动态的蓝色相，其特征在于连贯移动的半skyrmions和向错。当扩展活动增加到阈值以上时，半skyrmions的解离和活跃的湍流。我们进一步分析孤立的活动半skyrmions在各向同性的背景和比较活动引起的速度场模拟的分析预测的流量。最后，我们表明，限制一个活跃的蓝相可以引起一个系统范围内的流通，其中半skyrmions和向错一起旋转。
2018-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Shearing active gels close to the isotropic-nematic transition
本文用数值方法研究了接近各向同性-均质转变的活性凝胶板的流变特性。的流动行为表现出强烈的依赖于样品的大小，边界条件，并在散装本构曲线，其中，在进入相变阶段，获得一个活动引起的不连续性在原点。在收缩系统的亚稳各向同性相中的这一前体（{ \em例如，}肌动球蛋白凝胶）给出粘度发散;其对应物对于可伸展的（{ \em例如，} { \em B. subtilis）悬浮液允许具有零表观粘度的剪切带流。
2008-05-13 cond-mat.soft
Lamellar ordering, droplet formation and phase inversion in exotic active emulsions
我们研究数值的被动各向同性流体和活性极性凝胶的混合物的行为，在存在有利于乳化的表面活性剂。专注于参数的基础自由能有利于在被动限制的层状相，我们表明，非平衡和热力学力之间的相互作用，创造了一系列五花八门的异国情调的乳液。当活性成分是可收缩的（例如，肌动球蛋白溶液），中等活性增强了层状有序化的效率，而强活性有利于在活性基质内产生被动液滴。对于伸展活动（发生，例如，在微管马达悬浮液中），相反，我们观察到不同大小的自发旋转液滴的乳液。通过调整整体组成，我们可以产生高内相乳液，当活性被关闭时，其经历突然的相转化。因此，我们发现，活性提供了一个单一的控制参数，设计复合材料具有惊人丰富的形态范围。
2018-02-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
Spontaneous rotation of active droplets in two and three dimensions
本研究通过数值模拟和线性稳定性分析，揭示了二维和三维活性向列液滴中由活性驱动的自发旋转现象，并阐明了其缺陷机制及与实验的定量吻合。
2023-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active microphase separation in mixtures of microtubules and tip-accumulating molecular motors
微管和分子马达的混合物形成具有不同动力学行为的活性材料，这些行为根据其成分的分子性质而变化。我们绘制了微管和尖端累积驱动蛋白-4分子马达的非平衡相图。我们发现，驱动蛋白-4可以驱动全球收缩或顺从性样伸展动力学，这取决于微管和捆绑剂的浓度。我们还观察到一系列的空间异质非平衡相，包括有限大小的径向星，一维蠕虫状链，扩展的二维双层，和系统跨越三维活性泡沫。最后，我们描述了复杂的动力学途径，产生微相分离的结构和产生的内在挫折之间的取向顺序的丝状微管和尖端积累分子马达的位置顺序。我们的工作表明，在细胞骨架网络中的主动应力和阶段的形式不仅取决于单个电机和细丝的属性，但也取决于成分的浓度和空间排列。
2021-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Tuneable defect-curvature coupling and topological transitions in active shells
该研究聚焦极性与向列型活性液晶构成的可变形壳层，通过线性稳定性分析与三维流体动力学模拟，揭示活性可调控缺陷-曲率耦合，且强拉伸活性可驱动极性系统发生球到环的拓扑转变，为缺陷作为拓扑形态发生素提供支撑与可验证预测。
2023-04-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spatial patterning of force centers controls folding pathways of active elastic networks
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）；RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research（理化学研究所生命系统动力学研究中心）
研究活性力偶在弹性网络中空间分布对折叠路径和机械稳定性的影响，发现力偶空间排列改变可增强机械稳定性，且网络变形在阈值力后不可逆。
2025-10-15 cond-mat.soft
Non-equilibrium dynamics of disordered fractal spring network with active forces
本研究通过模拟无序分形弹簧网络在单极和偶极主动力下的非平衡动力学，发现单极力导致网络膨胀且MSD呈谱维数控制的次扩散，偶极力则致收缩并出现二次弹道上升，揭示了节点局部旋转的作用。
2025-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
