Steady-state hydrodynamic instabilities of active liquid crystals: Hybrid lattice Boltzmann simulations
我们报告的混合格子玻尔兹曼(HLB)模拟的流体动力学的活性液晶夹在限制壁与各种锚定条件。我们确认存在一个被动相和主动相之间的过渡,其中有自发流动的稳定状态。在流动取向液晶的情况下,对于足够“可伸展”的棒,以及对于流动翻滚材料的情况下,对于足够“可收缩”的棒,可以实现这种转变。在一个准一维的几何形状,在流动对齐材料的活动阶段的深处,我们的模拟给出了滞后和历史相关的稳定状态,以及自发带状流的证据。相反,流动翻滚的材料会重新排列,只有两个边界层处于稳定状态。具有周期性边界条件的二维模拟显示了额外的不稳定性,自发流动表现为由“对流卷”组成的模式。这些结果表明一个显着的丰富性(包括依赖于锚定条件)的活性材料的稳态相行为,即使在没有外部强迫,他们没有对应的被动向列相。我们的HLB方法,它结合了格子玻尔兹曼的动量输运与有限差分格式的序参量动力学,提供了一个强大的和有效的方法,用于探测复杂的流体动力学行为的活性向列相。
2007-08-15 cond-mat.soft
A Twist On Active Membranes: Odd Mechanics, Spontaneous Flows and Shape Instabilities
本文研究活性流体膜的手性应力贡献,发现其引发切向流动和形状不稳定性,由活性 Scriven-Love 数控制,适用于亚细胞到组织水平的生物系统。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Complex Spontaneous Flows and Concentration Banding in Active Polar Films
我们研究了活性极性液晶薄膜的动力学性质。与活性极性膜一样,活性极性膜也经历了一个动态转变,从而自发地流动到稳态。然而,极性流体中的自发流动总是伴随着强烈的浓度不均匀性或向列相中看不到的“条带”。此外,极性活性膜特有的一个引人注目的特性是它们即使在低活性下也能够产生自发振荡和带状流动。强极性使振荡流动变得越来越复杂。
2008-05-12 cond-mat.soft
Generic instabilities in a fluid membrane coupled to a thin layer of ordered active polar fluid
我们开发了一个有效的二维粗粒度描述的耦合系统的平面流体膜锚定的极性有序的活性流体下面的薄层。活性流体层的宏观取向被假定为垂直于所附接的膜。我们证明,{\em活动}或非平衡驱动的活性流体使这样的系统一般线性不稳定的模型参数$Δμ$的特征活动的强度的签名。根据边界条件和模型参数的范围内,欠阻尼传播波可能存在于我们的模型。我们讨论了我们的结果的现象学意义。
2013-05-30 cond-mat.soft
Instabilities and waves in thin films of living fluids
我们制定的薄膜流体动力学的极性自驱动粒子的悬浮液,并表明,它是容易通过活动,极性和自由表面的存在的相互作用的几个不稳定性。我们的方法扩展,自推进系统,本阿马尔和卡明斯[物理流体13(2001)1160]的工作薄膜向列。根据我们的估计,不稳定性应该在细菌悬浮液和板状伪足中看到,并且可能与生物膜的形态有关。我们建议几个实验测试我们的理论。
2009-01-26 cond-mat.soft
Instabilities, motion and deformation of active fluid droplets
我们考虑两个极小模型的主动流体液滴,表现出复杂的动力学,包括稳态运动,变形,旋转和振荡运动。首先,我们考虑一个液滴与浓度的积极收缩的物质吸附到其边界。我们分析预测活动驱动的浓度分布的不稳定性,并将它们与我们从模拟中发现的动态进行比较。其次,我们考虑一个液滴的活性极性流体的恒定浓度。在这个系统中,我们预测,运动和变形的液滴在一定的活动范围内,由于在偏振场的不稳定性。这两个系统都表现出自发转变为运动和变形,这类似于动物细胞中细胞骨架的动力学。
2016-12-17 cond-mat.soft
Spontaneous flows and interfacial instabilities in oxygen-sensitive living active matter
Science Division, New York University Abu Dhabi(纽约大学阿布扎比分校科学系)
通过实验和模型研究,发现氧梯度组织并失稳鞭毛微生物Euglena gracilis的密集悬浮液,形成旋转环并产生冠状突起,揭示了自生化学梯度如何定位和激活活性流体。
2026-08-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous chiralization of polar active colloids
极性活性颗粒构成能够沿着由其极轴给出的优先方向推进的广泛类别的合成胶体。在这里,我们展示了一个通用的自泳机制,导致他们的自发手性通过对称性破缺不稳定性。我们发现,从一个极性的一个手征对称性的活性粒子的过渡的特点是积极的旋转和圆形轨迹的出现。我们表明,不稳定性是由溶质的平流,相互作用不同的两个部分的颗粒表面,它发生通过超临界干草叉分叉。
2021-01-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic Instabilities Provide A Generic Route To Spontaneous Biomimetic Oscillations In Chemomechanically Active Filaments
将化学能转化为机械运动的非平衡过程使生物体能够运动。由分子马达的能量转换驱动的一束束不可伸展的细丝形成了像纤毛和鞭毛这样的微米级运动引擎的基本组成部分。在最近的合成活性细丝实验中,纤毛样运动的模仿支持了通用物理机制可能足以产生这种运动的想法。在这里,我们表明,从理论上讲,不受力和无扭矩的化学机械活性流引起的流体动力相互作用的不稳定效应之间的竞争,和非线性弹性的稳定效应,提供了一个通用的路线,主动丝自发振荡。这些振荡,让人想起原核和真核鞭毛运动,而不必调用结构复杂性或生化调节。这种极小性意味着,仿生振荡,以前只观察到复杂的束的活性丝,可以复制在简单的链的通用chemomechanically活性珠。
2013-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Spontaneous polarization and locomotion of an active particle with surface-mobile enzymes
我们研究的运动机制的活性颗粒,其表面均匀涂有移动酶。这些酶催化一种驱动电泳流动的反应,但它们的均匀分布禁止对称运动。我们发现,结合自泳的酶在表面上迁移的能力,可以导致一个自发对称性破缺不稳定性,从而均匀分布的酶极化和粒子推进。的不稳定性是由酶的平流电泳流和发生以上的临界Péclet数。通过超临界或亚临界的干草叉分叉,其中后者使滞后和共存的均匀和极化状态的极化运动状态的过渡发生。
2020-08-07 cond-mat.soft
Active particles with soft and curved walls: Equation of state, ratchets, and instabilities
我们研究,从第一性原理,在两个维度的一般边界上的球形颗粒的活性流体所施加的压力。我们发现,尽管沿弯曲的墙壁的非均匀压力,状态方程恢复后,适当的空间平均。即使在粒子之间存在成对相互作用或当不对称壁诱导棘轮电流时,这也是成立的,棘轮电流伴随着壁上的自发剪切应力。对于柔性障碍物,压力的不均匀性导致调制不稳定性以及短的半柔性细丝的自发运动。最后,我们将浸没在活性浴中的物体上施加的力与它们周围产生的粒子通量联系起来。
2016-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Permeation Instabilities in Active, Polar Gels
我们提出了一个理论的活性,渗透,极性凝胶,基于双流体模型。凝胶组分之间的主动相对力产生稳态电流。我们分析了它的稳定性,同时考虑两个极性耦合项的相对电流:一个渗透变形项,它描述了网络变形的溶剂流,和一个渗透对齐项,它描述了网络变形和流动的极化场的对齐。新的不稳定机制出现在有限波矢,表明周期域和中间相的形成。我们的研究结果可用于确定各种类型的跨组织多细胞迁移所需的物理条件。
2022-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pure hydrodynamic instabilities in active jets of "puller" microalgae
该研究利用趋光性引导莱茵衣藻形成活性射流,通过控制细胞取向调控珠化和屈曲不稳定性,并结合解析模型与模拟证实自生流动可致射流失稳,表明拉拽型粒子在适当取向下可表现出推挤型行为,展示了光对活性流体的高效控制能力。
2025-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous flow transition in active polar gels
我们从理论上研究了限制对活性极性凝胶的影响,如真核细胞的肌动蛋白网络。使用广义流体动力学方程推导出的活性凝胶,我们预测,在准一维几何形状的情况下,一个自发的流动过渡,从均匀极化不动状态的小厚度,扰动流动状态的较大厚度。这种转变不是由外部场驱动,而是由系统的活动驱动。我们提出了几种可能的实验实现。
2005-03-16 cond-mat.soft q-bio.QM q-bio.SC
Nonequilibrium Fluctuations, Travelling Waves, and Instabilities in Active Membranes
柔性流体膜的稳定性,包含一个移动的分布,活性蛋白质(如质子泵)被证明取决于蛋白质的结构和功能不对称。稳定的活性膜处于具有高度波动的非平衡稳态,其统计特性由蛋白质活性决定。预计扰动将以足够长波长的波的形式传播,速度由泵的正常速度设定。不稳定的情况涉及膜的自发的、泵驱动的波动,在高活性区域中蛋白质聚集。
1999-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.CB
Hydrodynamic fluctuations and instabilities in ordered suspensions of self-propelled particles
我们构造了具有自发取向有序的自推进粒子(SPP)的{ \em悬浮液}的流体动力学方程,并作出了一些惊人的、可检验的预言:(i)具有真正{ \em悬浮液}对称性的SPP悬浮液在长波长下{ \em总是}绝对不稳定。(ii)含有{ \em极性}的SPP悬浮液,即,头-尾{ \em不对称},阶支持长波长、耦合取向、流动和浓度下新颖传播模式。(iii)在波数制度,只有在低雷诺数系统,如细菌,极性有序悬浮液总是对流不稳定。(iv)粒子数N的方差除以平均<N>值,在极性有序SPP悬浮液中发散为$<N >^{2/3}$。
2002-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Live Soap: Order, Fluctuations and Instabilities in Active Smectics
我们构建了一个嘈杂的,非极性的活性smectics,在散装悬浮液或基板上的流体动力学理论。我们的预测包括:d = 2维的准长程近晶有序和d = 3维的长程近晶有序,将以前发表的结果扩展到所有动力学区域;在d = 2维的高浓度和低浓度下,Kosterlitz-无规熔化为活性的近晶有序;平行于层的非零秒声速;近晶弹性对巨数涨落的抑制;体收缩近晶中自发波动和流动的不稳定性;层间距的不稳定性,可能是振荡的,足够大的可扩展的主动应力。
2012-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph