RMPCDMD: Simulations of colloids with coarse-grained hydrodynamics, chemical reactions and external fields
RMPCDMD软件包执行混合分子动力学模拟，耦合多粒子碰撞动力学来模拟溶剂，耦合分子动力学来模拟悬浮胶体，包括流体动力学、热波动和化学活性溶剂粒子和催化胶体。RMPCDMD的主要用途是模拟化学动力纳米马达，但也考虑了其他设置：存在热梯度或强制流动的胶体。RMPCDMD是在Fortran 2008中开发的，带有用于多线程操作的OpenMP，并使用基于HDF5的H5MD文件格式存储数据。RMPCDMD附带了用于模拟化学动力纳米马达的文档和教程。
2016-08-17 cond-mat.soft physics.comp-ph
Effective squirmer models for self-phoretic chemically active spherical colloids
化学活性胶体在牛顿流体中的自运动的各个方面可以通过简单的化学活性模型加上其表面上的泳动滑移流体动力学边界条件来捕获。对于简单形状的颗粒（例如，球体）--如在许多实验研究中所采用的--在无界流体中以非常低的雷诺数移动，这种化学活性颗粒的模型有效地映射到研究得很好的所谓的流体动力学蠕动器上[S. Michelin和E. Lauga，J. Fluid Mech. \textbf{747}，572（2014）]。因此，直观上吸引人的类比“推/拉/中性”蠕动自然出现。在自扩散电泳的框架内，我们针对活性函数的多种选择（即，颗粒表面上的化学反应的空间分布和类型）。我们使用两个活性粒子的中心碰撞作为一个简单的，典型的情况下，证明在其他粒子或边界的存在下，化学活性胶体的行为可能是\textit{qualitatively}不同的，即使在远场，从一个表现出相应的“有效的蠕动”，从一个无界流体中的映射。这强调了理解化学活性颗粒的集体行为和几何约束下的动力学必然需要明确地解释流体动力学相互作用对由颗粒活性引起的化学物种分布的依赖性。
2018-04-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mesoscopic simulations of anisotropic chemically-powered nanomotors
化学动力的自推进胶体通过将局部能量源转化为定向运动来产生马达力，这一过程已经在实验和计算模型中进行了探索。如果我们了解这些基本成分的行为，那么使用活性胶体作为纳米技术的构建块为有趣的应用打开了大门。我们建立了一个一致的介观模拟模型的自推进胶体的复杂形状的目的是解决他们的平移和旋转运动之间的耦合。考虑一个被动的L形胶体粒子，研究其布朗动力学，并确定其流体动力学中心，即平移和旋转解耦的跟踪点。活跃的L粒子显示相同的盘旋轨迹，已被发现的实验，结果，我们比较布朗动力学模型。我们提出了流体动力学的作用，通过比较我们的结果与流体模型，其中粒子的速度是随机重置。在那里，轨迹只显示随机方向。我们得到这些原始的模拟结果，没有任何参数化的算法，这使得它成为一个有用的方法，活性胶体的初步研究，实验工作之前。
2018-11-19 cond-mat.soft
Propelling catalytic structures using active biomolecular condensates
Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出通过相分离蛋白质、酶钝化及互补酶激活的机制，使球形胶体在均匀环境中持续自推进，其机制具有抗布朗运动和外力的特性。
2026-10-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Pair-Interactions of Self-Propelled SiO2-Pt Janus Colloids: Chemically Mediated Interactions
本研究针对功能材料自下而上制备背景，实验探究化学活性SiO₂-Pt Janus胶体的成对碰撞，按接触前后取向分类，发现化学泳动相互作用主导碰撞机制与概率，为浓悬浮液组装及未来功能材料研究提供关键依据。
2023-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Enhanced diffusion of colloidal tracers due to enzymatic activity
California State University Fullerton（加州州立大学富勒顿分校）；Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics, Princeton University（普林斯顿大学整合基因组学刘易斯-西格勒研究所）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；Valencia High School（瓦伦西亚高中）；Syracuse University（雪城大学）；Brandeis University（布兰迪斯大学）；CNRS, Laboratoire de Physique Théorique（法国国家科学研究中心理论物理实验室）；CNRS, Centre de Biologie Intégrative（法国国家科学研究中心综合生物学中心）
研究酶活性对胶体示踪剂扩散的影响，通过结合差分动态显微镜和光镊测量，比较不同配置、不同大小示踪剂的情况，发现酶活性可转换为微观运动和力，增强效果受多种因素影响，对理解非平衡动力学有重要意义。
2026-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Active phase separation in mixtures of chemically interacting particles
我们从理论上研究化学相互作用粒子的混合物，在许多共存物种的最一般情况下，这些粒子产生或消耗它们被吸引或排斥的化学物质。我们发现了一类新的活性相分离现象，其中粒子之间的非平衡化学相互作用，打破了作用-反应对称性，可以导致分离成具有不同密度和化学计量比的相。由于我们的极小模型的通用性，我们的研究结果揭示了细胞和细菌，催化酶或泳动胶体的非平衡自组织背后的基本原理。
2019-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Enhanced phoretic self-propulsion of active colloids through surface charge asymmetry
该研究发现表面电荷不对称性可为产离子的化学活性胶体带来新的自泳模式，建立了定量计算相关纳米颗粒自推进速度的理论框架，为优化离子介质中活性胶体的自推进提供了新思路。
2023-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Advection and diffusion in a chemically induced compressible flow
我们研究分析的高斯补丁的盐和胶体在线性流动的联合分散，以及盐梯度如何加速或延迟胶体扩散的扩散电泳效应。由于这些流动在空间中具有恒定的梯度，因此对于任何参数集，几乎可以完全解决该问题，从而预测混合时间和Batchelor尺度如何通过扩散电泳进行修改。我们观察到，全球浓度的演变，定义为逆的补丁面积，是非常相似的实验中获得的混沌平流。它们被定量地解释通过检查的面积膨胀因子，其中扩散和diffusiophoretic效应被证明是添加剂，并出现作为发散的扩散贡献或漂移速度。基于可压缩性的分析开发的盐吸引的情况下，胶体首先被压缩分散之前，预测作为参数的函数的最大胶体浓度。这个最大值被发现不依赖于流拉伸率，也不对它的拓扑结构（应变或剪切流），但仅对盐和胶体（扩散系数和diffusiophoretic常数）和补丁的初始大小的特性。
2018-05-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Passive and active colloidal chemotaxis in a microfluidic channel: mesoscopic and stochastic models
趋化性是粒子对环境化学成分梯度的反应。虽然它最初是在生物有机体中观察到的，但它在合成活性颗粒（如纳米马达）的背景下引起了极大的兴趣。化学动力胶体纳米粒子的趋化性的实验证明在文献中报道，在静止流体或微流体通道中的化学吸引的背景下，其中梯度由特定的入口几何形状维持。在这项工作中，我们使用介观粒子为基础的模拟胶体和溶剂，以证明在微流体通道的趋化性。在此基础上的颗粒为基础的模型，我们评估的化学浓度分布在被动或化学活性胶体的存在下，计算作用于他们的趋化力，并提出了一个随机模型，合理化我们的研究结果对胶体趋化性。我们的模型也能够解释早期的模拟工作，使用一个更简单的几何形状，并扩展其解释的结果。
2017-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Swarm Hunting and Clusters Turning Inside Out in Chemically Communicating Active Mixtures
大量的微生物产生分子，通过复杂的信号机制，如群体感应和趋化性进行通信。生物多样性是巨大的，但合成无生命的胶体微游泳者模仿微生物通信（合成趋化性），并可能被用来探索集体行为超越一个物种的限制，在更简单的设置。在这项工作中，我们结合基于粒子和连续模拟以及线性稳定性分析，并研究了两个趋化物种的物理极小模型。我们观察到一个丰富的相图，包括一个“狩猎群阶段”，其中两个物种自我分离，并形成成群，追求，或狩猎对方，和一个“核壳簇阶段”，其中一个物种形成一个密集的集群，这是由其他物种的粒子（波动）电晕包围。一旦形成，这些集群可以动态地从内到外，代表着“物种逆转”。这些结果为微生物和活性胶体的集体行为提供了一条物理途径，迄今为止，这种行为只发生在昆虫或甲壳类动物等相对较大和复杂的动物身上。
2019-09-30 cond-mat.soft
Extensibility governs the flow-induced alignment of polymers and rod-like colloids
研究流动运动学如何根据可扩展性影响聚合物和棒状胶体的排列，提出拉伸流动与剪切流动在排列不同可扩展性PaRC时的有效性统一描述。
2023-11-22 cond-mat.soft
Non-equilibrium phase separation in mixtures of catalytically active particles: size dispersity and screening effects
细胞中的生物分子凝聚体通常富含催化活性酶。这在被称为代谢子的大酶复合物的情况下尤其如此，代谢子包含参与相同催化途径的不同酶。这种自组织的一个可能的解释是酶的催化活性和对底物梯度的趋化反应的结合，这导致了底物介导的酶之间的有效相互作用。这些相互作用构成了一个纯粹的非平衡效应，并显示出奇异的功能，如非互惠性。在这里，我们分析研究了描述这种催化活性颗粒的混合物的相分离的模型。我们发现，一个Michaelis-Menten-like依赖的粒子的活动表现为相互作用的筛选，和两个不同大小的活性物种的混合物可以表现出瞬态振荡相分离。我们还得到了丰富的稳定性相图的两个物种的混合物与浓度依赖性的活动和大小分散性。这项工作突出了化学活性颗粒混合物中可能的相分离行为的多样性，这为更常见的与细胞相分离相关的被动相互作用提供了另一种途径。我们的研究结果突出了非平衡组织的原则，可以是重要的生物相关的液液相分离。
2021-10-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Rigid flocks, undulatory gaits, and chiral foldamers in a chemically active polymer
该研究模拟并理论分析二维谐振弹簧连接的活性布朗粒子链，揭示轨迹介导化学作用如何产生刚性、坍缩晶体及手性、波动和反转等非互易集体行为。
2024-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sedimentation of active colloidal suspensions
本文对重力场作用下活性胶体悬浮液的非平衡稳态进行了实验研究。活性粒子由化学动力胶体制成，在添加燃料（这里是过氧化氢）的情况下显示出自我推进。在专用的微流体装置中研究了活性悬浮液，该装置由可渗透的凝胶微结构制成。单个胶体的微观动力学和重力下的悬浮液的全球静止状态-密度分布，数量波动-用光学显微镜测量。这允许连接的沉降长度的个人自推进的动态，这表明在本稀释制度的活性胶体的行为作为“热”粒子。我们的工作是人工活性系统的非平衡性质的实验探索的第一步。
2010-04-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Collective dynamics of chemically active particles trapped at a fluid interface
化学活性胶体产生其周围溶液的化学组成的变化，从而诱导周围流体中的流动，这影响其动态演化。在这里，我们研究的多体动力学的单层的活性粒子被困在流体-流体界面。为此，我们考虑了一个平均场模型，其中包括直接对相互作用（也包括毛细相互作用，这是特别引起的界面捕获），以及流体动力学相互作用的影响（包括马兰戈尼流引起的界面的化学活性的响应）。典型的实验实现这样的系统的相关物理参数的值进行估计和各种情况下，这是由我们的方法预测的单层的动态，进行了讨论。特别是，我们表明，化学诱导的Marangoni流可以防止由毛细吸引力驱动的集群不稳定性。
2016-06-27 cond-mat.soft
Chemical logic gates on active colloids
合成活性胶体系统正在被广泛研究，因为这些非平衡系统表现出的多样且通常不寻常的现象，以及它们在从生物学到材料科学等领域的潜在应用。最近的研究表明，使用酶促反应推进的主动胶体马达对于需要马达在复杂的生物医学环境中执行主动传感任务的应用具有特殊的前景。在这样的应用中，希望具有一定计算能力的活性胶体，使得它们可以自主地行动以感测它们的周围环境并改变它们自己的动力学以执行特定任务。在这里，我们描述了如何利用胶体表面上的酶化学反应的小化学网络可以用来构建基于电机的化学逻辑门。耦合酶促反应，负责推进和化学门的建设和功能的基础上的一些基本特征描述使用连续介质理论和分子模拟。给出的例子表明，胶体与特定的化学逻辑门可以执行简单的传感任务。由于不同的酶门的不同功能，单独或在电路中操作，这里提出的工作支持的建议，使用这种门的合成马达可以被设计成以自主的方式操作，以完成复杂的任务。
2023-02-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Self-assembly of Active Colloidal Molecules with Dynamic Function
具有催化活性的胶体保持非平衡状态，在这种状态下，它们产生和消耗化学品，因此有效地充当分子的源和汇。虽然被对称涂覆的单个胶体不表现出任何形式的动力学活性，但由其化学活性产生的浓度场以$1/r$形式衰减，并根据其表面化学和环境变量产生吸引或排斥其他胶体的梯度。这导致在非平衡离子系统的类似物，但与显着的新功能的作用-反应对称性破缺。我们研究这种化学活性胶体在稀释条件下的溶液，当它们通过广义离子键结合形成分子时，并讨论我们如何实现具有时间依赖性功能的结构。特别是，我们研究了一种分子，采用自发振荡模式的构象，另一种表现出类似于细菌的运行和翻滚动力学。我们的研究表明，催化活性胶体可用于设计自组装结构，这些自组装结构具有由其规定的3D结构决定的动态功能，这是一种遵循蛋白质设计原理的策略。
2015-02-25 cond-mat.soft
Role of hydrodynamic flows in chemically driven droplet division
我们研究了化学活性液滴的流体动力学和形状变化。在非球形液滴中，表面张力产生将液滴驱动成球形的流体动力学流动。在这里，我们表明，保持远离热力学平衡的化学反应的球形液滴可能不会保持球形，但可以经历形状不稳定，这可能导致自发的液滴分裂。在这种情况下，化学活性对抗表面张力和张力诱导的流体动力学流动。通过结合相分离动力学和化学反应动力学的低雷诺数流体动力学，我们确定的球形液滴的无量纲粘度和反应参数的函数的稳定性图。我们确定了形状变化和分裂过程中液滴内外的浓度场和流场。我们的工作表明，流体动力学流动趋于稳定的球形形状，但液滴分裂发生足够强的化学驱动，足够大的液滴粘度或足够小的表面张力。活性液滴可以为能够增殖的前生物原始细胞提供简单的模型。我们的工作捕获了在化学活性胶体液滴中可以观察到的液滴分裂的关键流体动力学。
2018-11-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Self-organization of active colloids mediated by chemical interactions
该研究探究多化学物种反应网络与多胶体物种参与反应的体系中活性胶体的自组织，对比不同反应类型的胶体体系行为，发现引入化学反应网络参数可拓展胶体自组织设计空间，产生丰富非平衡结构。
2024-01-08 cond-mat.soft
Topographical pathways guide chemical microswimmers
实现对活性胶体的方向性的控制对于它们在实际应用中的使用是至关重要的，例如微流体装置中的货物载体。到目前为止，球形Janus胶体的制导主要是利用特殊设计的磁性多层涂层结合外部磁场来实现的。在这里，我们证明了台阶状的亚微米形貌特征可以用作化学活性球形Janus胶体的可靠对接和引导装置。对于各种地形特征（条纹、正方形或圆形柱），胶体在特征边缘处的对接是稳健且可靠的。此外，胶体沿着边缘移动了相当长的时间，其随着燃料浓度系统地增加。所观察到的现象定性捕获的一个简单的连续模型的自扩散电泳附近的限制边界，表明化学活性和相关的流体动力学与附近的地形相互作用的主要物理成分背后所观察到的行为。
2016-02-12 cond-mat.soft
Active rotational dynamics of a self-diffusiophoretic colloidal motor
采用连续介质理论和基于粒子的模拟研究了球形化学动力合成胶体马达的动力学，该马达通过自扩散电泳机制运行，并具有任意形状的催化域。当自生的浓度梯度和化学物质与胶体马达表面之间的相互作用打破球对称时，马达执行主动旋转运动。发动机催化表面上的化学反应速率随催化域尺寸和形状的局部变化提供了这种对称性破缺条件。给出了主动旋转运动的连续理论描述，以及主动动力学的基于粒子的模拟结果。从这些结果中，可以给出对主动旋转动力学的因素负责的详细描述。由于积极的旋转运动往往起着重要的作用，在性质的集体动力学的多电机系统，并可用于控制电机运动在有针对性的货物运输，我们的研究结果应该找到超出这里所考虑的应用。
2019-12-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Active colloidal propulsion over a crystalline surface
我们从实验和理论两方面研究了二维晶体表面上化学自推进Janus胶体移动的动力学。表面是一个六角形的紧密堆积的单层胶体颗粒的大小相同的移动。自推进胶体的动力学反映了由于周期性表面而导致的受阻扩散与由于主动运动而导致的增强扩散之间的竞争。哪种贡献占主导地位取决于推进强度，而推进强度可以通过改变化学燃料的浓度来系统地调整。从实验中得到的均方位移表现出增强扩散在长滞后时间。我们的实验数据是一致的朗之万模型有效的二维平移运动的一个活跃的布朗粒子在一个周期性的潜力，结合重力和晶体表面的限制效果与自由旋转扩散的胶体。近似的分析预测的均方位移描述的交叉从自由布朗运动在短时间内积极扩散在长时间。结果是在半定量协议与数值结果的一个精致的Langevin模型，对待平移和旋转自由度在同一立足点。
2017-07-18 cond-mat.soft
Diffusiophoretically induced interactions between chemically active and inert particles
在存在化学活性颗粒的情况下，附近的化学惰性颗粒可以响应浓度梯度并通过扩散电泳移动。运动的性质研究了两种情况下：第一，一个固定的反应球和一个移动的惰性球，第二，自由移动的反应和惰性球。连续反应扩散和斯托克斯方程解析求解这些系统和微观模拟的动力学进行。虽然两个系统中球体的相对速度非常相似，但流线和流速场的局部和全局结构却截然不同。对于自由移动的球体，当两个球体彼此接近时，惰性球体通过扩散电泳产生的流动将反应性球体拖向它。这导致能够在溶液中推进自身的自组装二聚体马达。在二聚体形成的时刻，流体流场改变方向。在二聚体的球体尺寸的比例的影响的流场的特性，这一功能表明，球形胶体颗粒的主动自组装可以通过在这样的反应系统中的球体尺寸的变化来操纵。
2018-06-22 cond-mat.soft
Colloidal Clusters as models for chiral active micromotors
本文提出用化学交联的Janus胶体团簇制备可调手性与轨道半径的活性转子，并揭示方位角均匀性与旋转动力学的关系，为研究合成手性转子集体行为提供了新平台。
2024-07-21 cond-mat.soft
Clustering Dynamics of SiO2-Pt Active Janus Colloids
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究SiO2-Pt活性Janus胶体在动态聚集体 regime 中的聚集体动力学，揭示了聚集体形成机制的转变及预测性描述。
2026-01-07 cond-mat.soft
Active colloids in the context of chemical kinetics
我们研究了一个介观模型的化学活性的胶体颗粒，其表面的某些部分，促进周围的溶液中的化学反应。为了简单和概念清晰的原因，我们专注于的情况下，其中只有电中性的物种存在于溶液中，并在化学反应中描述的一级动力学。在一个自洽的方法，我们明确确定的稳态产品和反应物的数量密度场周围的胶体作为功能的各种分子物种在溶液中的相互作用势与胶体。通过使用Teubner的互等定理，这使我们能够计算和解释-在经典的Smoluchowski化学动力学理论方面的透明方式-保持这种催化活性胶体静止所需的外力（\textit{stall}力），或者等价地，它可以自由移动的胶体\textit{if}的相应速度。我们使用三角形阱相互作用势的特殊情况作为应用这里开发的一般理论框架的基准例子。对于后者的情况下，我们推导出明确的表达式的数量上的化学物种的扩散系数，反应速率常数，催化剂的覆盖率，胶体的大小，以及相互作用势的参数的相关性。这些表达式提供了一个详细的图片与催化活性胶体和自扩散电泳现象。
2017-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Emergent single-species non-reciprocity from bistable chemical dynamics
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPI-DS)（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）
研究通过双稳化学动力学实现单物种胶体非互惠相互作用，揭示了动态化学浓度对胶体行为的影响，展示了自组织极性集体游动等新兴动态。
2026-03-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Self-propulsion of chemically-active droplets
微观活性液滴能够在粘性流中自主游动：这种令人困惑的特征源于溶质通过表面反应或其自发溶解与周围流体的交换，以及由这些溶质梯度产生的界面流。与不对称活性胶体相反，这些各向同性液滴通过利用溶质输运与自生Marangoni流的非线性耦合自发地游泳，这也是向更复杂的个体和集体动力学的二次过渡的原因。由于其简单的设计和对物理化学信号的敏感性，它们是迷人的物理学家，化学家，生物学家和流体动力学家，分析活性物质系统中的粘性自推进和集体动力学，开发合成细胞模型或执行目标生物医学或工程应用。我在这里回顾了这个快速发展的领域的最新和重要的发展，专注于这些intringinging液滴的数学和物理建模，连同其实验设计和表征。
2022-04-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydro-chemical interactions in dilute phoretic suspensions: from individual particle properties to collective organization
Janus泳动胶体（JPs）自推进作为自生的化学梯度的结果，并表现出自发的非平凡的动力学泳动悬浮液内，长度尺度远大于微观游泳者的大小。这种集体动力学产生于（i）粒子的自推进速度，（ii）粒子之间的吸引/排斥化学介导的相互作用和（iii）它们在周围介质中引入的流动扰动的竞争。这三种组分的含量直接取决于胶体表面的形状和物理化学性质。由于这种联系，我们适应最近流行的动力学模型的化学活性JP的稀释悬浮液中的颗粒的远场流体动力学和化学签名的内在联系，并明确确定的设计属性。使用线性稳定性分析，我们表明，自推进可以诱导波选择机制，某些粒子的配置与实验观察一致。对完整的动力学模型进行了数值模拟，分析了化学和流体动力学相互作用在非线性动力学中的相对重要性。我们的研究结果表明，在粒子密度的规则图案促进化学信号，但防止由极化粒子集体产生的强流体流动，无论其趋化或抗趋化性质（即拉和推游泳）。
2020-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Shape-specific fluctuations of an active colloidal interface
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
研究了具有特定形状的主动胶体界面的波动特性，发现其高度波动遵循新的标度指数，而取向波动表现出负粗糙度指数，揭示了非平衡普遍类的特征。
2026-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-diffusiophoresis induced by fluid interfaces
分析了流体-流体界面对化学活性的轴对称球形胶体自泳的影响。不同于研究的自泳胶体被困在流体界面或在附近的硬壁，在这里，我们专注于自泳的问题接近流体-流体界面。为了提供物理上直观的结果，突出的界面所发挥的作用，进行分析的情况下，胶体的对称轴线是正常的接口，此外，热波动不考虑。与在硬壁附近观察到的情况类似，我们发现这种胶体可以被设置为运动，即使它们的整个表面是均匀活性的。这是由于沿垂直于界面的方向的各向异性，这是由于在共存的流体相之间，在胶体表面发生的化学反应的产物通过扩散进行分配。与对应于硬壁的结果不同，在流体界面的情况下，运动方向，即，朝向界面或远离界面，可以通过调节两个流体相之一的物理性质来控制。这种效果进行了定性和定量分析，无论是通过诉诸远场近似，并通过一个精确的，分析计算，提供了一个关键的评估近似分析的手段。
2018-01-19 cond-mat.soft
Dynamical steady-states of active colloids interacting via chemical fields
利用布朗动力学模拟方法研究了单层化学活性自泳胶体的动力学稳态随填充率和自推进速度的变化关系。我们专注于一个化学场诱导竞争的吸引力的位置和排斥取向的相互作用的情况下。通过分析团簇的尺寸分布、局域密度分布以及六角序参量，我们区分出四种不同的动力学状态：坍缩态、活性气体态、动力学团簇态和运动诱导相分离态.长程化学场诱导的相互作用将运动诱导的相分离（MIPS）的发生转移到中等自推进速度下的非常低的填充分数。我们还发现，在最大的集群中的粒子的分数是一个合适的序参量表征动态相变从一个活跃的气体或动态集群稳定状态相分离状态时，增加的包装分数。序参量在中间自推进速度下从活性气体到MIPS-like状态时不连续地变化，而在较大的活性下连续地变化，其中系统经历从动态聚集状态到MIPS-like状态的过渡。
2022-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active matter logic for autonomous microfluidics
化学或光学驱动的活性物质在材料设计中起着越来越重要的作用，但其计算潜力还有待系统地探索。能量消耗和耗散之间的竞争对主动流网络中的信息传输施加了严格的物理约束，促进了尚未很好理解的全局优化策略。在这里，我们结合最近的微生物实验的见解与概念，从晶格场论和非平衡统计力学介绍一个通用的理论框架，活性物质逻辑（AML）。突出与经典和量子计算的概念差异，我们演示了如何利用不可压缩的主动流网络的固有非局部性来构建通用的逻辑运算，Fredkin门和存储器存储在SR锁存器通过同步自组织的许多单独的网络组件。我们的工作为开发由细菌流体、活性液晶或化学工程运动胶体驱动的自主微流体运输装置奠定了概念基础。
2017-05-01 cond-mat.soft cs.ET physics.bio-ph
From Coffee Rings to Self-Driven Assembly: Active Matter Enabled Design of Drying Droplets
Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究探讨活性物质在干燥液滴中的作用，揭示自驱动流体、界面应力和接触线行为的关键机制，提出可控沉积与功能界面设计策略。
2026-05-14 cond-mat.soft
Flocking transition in phoretically interacting active particles with pinning disorder
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
研究发现，通过引入旋转但不平移的障碍物，可以调控活性胶体的群体过渡行为。
2026-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective dynamics of chemo-mechanical colloidal chains with active tips
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本研究探究带化学活性末端的半柔性胶体链的集体动力学，通过调控链长、面积分数和泳动耦合符号绘制非平衡相图，揭示多种集体态及粗粒化理论的适用性，为活性物质集体行为提供可实验实现的极简机制。
2026-09-02 cond-mat.soft
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
Scaling behavior in non-reciprocal and odd conserved dynamics near criticality
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
本研究采用微扰动力学重整化群技术，探究非互易Cahn-Hilliard模型临界点附近的标度行为，发现结构与动力学关联遵循不同标度律，其结果或对生命系统调控相分离有重要启示。
2026-08-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Valorization of byproducts of hemp multipurpose crops: short non-aligned bast fibers as a source of nanocellulose
纳米纤维素是从短韧皮纤维、大麻（Cannabis Sativa L.）在种子成熟时收获的植物，不去梗，在去梗装置中机械去壳，得到不定向的纤维。用NaOH和HCl的化学预处理允许去除纤维的大部分非纤维素组分。未进行漂白。化学预处理的纤维然后在打浆机中精制并用纤维素酶处理，然后在超细摩擦研磨机中机械去纤。在工艺的每个步骤之后，通过显微镜、红外光谱、热重分析和X射线衍射对纤维进行表征，以了解其形态和组成的演变。所得纳米纤维素悬浮液由宽度为5-12 nm的棒状原纤维、宽度为20-200 nm的纳米原纤维堆叠和一些较大的纤维组成。发现结晶度指数从原始纤维的74%增加到纳米纤维素的80%。纳米纤维素保持淡黄色，表明存在一些残留的木质素。用大麻纳米纤维素制备的纳米纸的性质与用木浆衍生的棒状纳米原纤维制备的纳米纸的性质相似。
2021-05-25 cond-mat.soft
On-demand contact line pinning during droplet evaporation
根据接触线运动，富含胶体的液滴蒸发可以留下环状或点状残留物。在这里，我们确定了这个结果，通过控制接触线的运动，使用共面直流电润湿上的金属（DC-EWOD）。结合液滴形状和蒸发速率的理论计算，首先从实验和模拟中推导出随时间变化的驱动电压。由于对接触角的额外控制，即使在接触角滞后很小的表面（如均匀平坦的Teflon涂层）上，接触线也可以保持在钉扎状态。在没有EWOD控制的情况下，悬浮在液滴中的聚苯乙烯颗粒和大肠杆菌在初始接触的中心形成点状图案，而应用该机制导致半径可控的环状图案。与化学或结构图案化的基底不同，接触线可以在达到控制极限之前的任何预设时间恢复其迁移率，这对于在不同表面上准确且一致地制造所需图案的自组装纳米结构是有用的。
2019-05-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mesoscopic non-equilibrium measures can reveal intrinsic features of the active driving
生物组装体如染色体、细胞膜和细胞骨架在纳米尺度上被酶活性和分子马达驱动而失去平衡。类似的非平衡动力学可以在合成系统中实现，例如化学燃料胶体颗粒。表征这种主动软组件的随机非平衡动力学仍然是一个挑战。最近，已经提出了新的非侵入性的方法来确定非平衡行为，这是基于检测打破细致平衡的随机轨迹的几个坐标的系统。受两点微流变学方法的启发，其中一对探针粒子的平衡波动揭示了平衡系统的粘弹性响应，在这里，我们探讨我们是否可以将这种方法扩展到非平衡组件：可以从两点非平衡测量的分析中提取关于系统中主动驱动性质的信息吗？我们在理论上解决这个问题的背景下，一类弹性系统，驱动出平衡的空间异质随机内部驱动。我们考虑了几种可能与生物和合成系统相关的内部驱动的空间特征，并研究了有源噪声的这些特征如何反映在两点非平衡测量的长程标度行为中。
2019-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic thermodynamics, fluctuation theorems, and molecular machines
随机热力学在这里系统地审查提供了一个框架，扩展经典热力学的概念，如工作，热量和熵产生的水平上的个人轨迹定义明确的非平衡合奏。它适用于任何非平衡过程仍然耦合到一个（或几个）恒温热浴的情况。典型系统是时间依赖性激光陷阱中的单个胶体颗粒、外部流中的聚合物、单分子测定中的酶和分子马达、涉及单电子输运的小生物化学网络和热电装置。对于这样的系统，第一定律一样的能量平衡，可以确定沿波动的轨迹。各种积分和详细的波动定理，这是在这里从一个主定理的统一方法，约束的概率分布的工作，热和熵的生产取决于系统的性质和非平衡条件的选择。对于非平衡定态，特别强的结果保持像一个广义涨落耗散定理涉及熵的产生。这些概念的分支和应用包括有限时间内指定状态之间的最优驱动，基于测量的反馈过程的作用以及耗散和不可逆性之间的关系。效率，特别是在最大功率下的效率，可以使用基于熵产生的循环分解的共同框架，系统地讨论两类分子机器的线性响应区域之外，等温的分子机器如分子马达，和热机如热电装置。
2012-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Time reversibility during the ageing of materials
本研究通过动态光散射等实验及模拟，首次实现了玻璃态等材料老化过程中物质时间的直接测定，证实不同体系老化的强度涨落等具有物质时间可逆性，对现有老化理论提出挑战。
2024-11-03 cond-mat.soft
