Phase behavior of liquid-crystal monolayers of rod-like and plate-like particles
利用基本测度密度泛函理论研究了液晶单分子膜的取向和位置有序性质。形成单层的颗粒被建模为尺寸为$σ$且长度为$L$的正方形截面的硬平行六面体。质量的颗粒中心被限制在一个平面和三个可能的和相互垂直的方向（面内和沿层法线）的单轴轴是允许的。我们发现，单层的结构强烈依赖于颗粒的形状和密度。在棒状形状的情况下，颗粒沿着层法线对齐，以实现每个颗粒的最低可能占用面积。即使在非常低的密度下，该相也是单轴相。相比之下，对于板状颗粒，最低的占据面积可以通过单层中的随机面内有序来实现，即即使在消失的密度下也发生平面内有序。结果表明，在较高的密度下，无序的面内有序是不利的，并且系统经历面内有序转变，形成双轴取向相或结晶。对于某些值的纵横比，单轴-双轴向相变观察到的棒状和板状的形状。对于板状颗粒，双轴取向相的稳定区域随着长径比的减小而增大，而对于棒状颗粒，当长径比大于21.34时，随着密度的增加呈现出单轴-双轴-单轴取向有序化的现象。除此之外，填充分数反转观察到随着表面压力的增加，由于沿层法线对齐。在非常高的密度下，对于这两种形状，α相不稳定为非均匀相（柱状相、近晶相或结晶相）。
2014-03-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intercellular Friction and Motility Drive Orientational Order in Cell Monolayers
本文通过多相场模型数值研究细胞单层中细胞间摩擦与运动性的作用，揭示其驱动固-液转变及向列有序形成的机制，提出拓扑缺陷共定位模型，为多细胞集体有序性提供力学解释。
2025-02-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Comparative study of mixed monolayers of a calixarene with a fatty acid and a non-amphiphilic nematic liquid crystal
许多双相液晶（NLC）缺乏极性头基，因此不能在空气/水（a/w）界面处形成稳定的单分子膜。获得这些化合物的单分子膜的一种方法是将它们掺入两亲分子的主体单层中。我们报告了杯[4]间苯二酚芳烃O-八羧基甲基化（CRO）与非两亲性NLC MBBA和两亲性硬脂酸（SA）的混合膜的比较研究。对比研究有助于更好地了解CRO-MBBA混合膜的特性。表面压力和表面电位测量的单分子膜在a/w界面，以及椭圆偏振和光谱测量转移的Langmuir-Blodgett（LB）的电影，证实MBBA添加纳入CRO膜。
2000-10-30 cond-mat.soft
Influence of the flow on the anchoring of nematic liquid crystals on a Langmuir-Blodgett monolayer studied by optical second-harmonic generation
用光学二次谐波产生方法研究了毛细管流动对脂肪酸LB膜上的双液晶MBBA取向的影响。该技术的表面偶极灵敏度允许在存在液晶本体的情况下探测第一液晶单层的取向。据发现，毛细流动导致与脂肪酸单层接触的液晶分子的第一单层以大的预倾斜（78度）在流动方向上取向，导致在体中的液晶指向矢的展曲弯曲变形的准平面对准。它本身也受到流动的影响。准平面流动诱导排列被认为是亚稳态的。一旦流动停止，垂直取向的圆形结构域在样品中成核并膨胀，直到整个样品变得垂直。从流动诱导的准平面到表面诱导的垂面排列的弛豫过程也由SHG监测。结果发现，在垂直状态下，第一层的预倾角为38度，几乎各向同性地分布在细胞的平面上，对先前流动的方向略有偏好。
2000-11-05 cond-mat.soft
Molecular-scale substrate anisotropy and crowding drive long-range nematic order of cell monolayers
该研究通过高通量成像平台发现分子尺度基底各向异性可引导细胞沿向列轴分裂并产生伸展应力，从而在组织尺度建立长程向列序，为组织工程提供新策略。
2022-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Frustrated Rotations in Nematic Monolayers
Tabe和Yokoyama最近发现，当水从浴中蒸发时，铁磁材料的手性单层中的光轴旋转：手性分子充当螺旋桨。当轴在槽的侧壁处被阻挡时，内部累积的旋转产生巨大的倾斜和弯曲。我们讨论这些紧张局势的放松，假设一个单一的尘埃粒子成核向错对。对于最简单的几何形状，然后我们预测一个长的延迟时间，随后是一个非周期性的“突发”序列。这些想法是通过数值模拟检查。
2004-04-12 cond-mat.soft
Emergence of active nematic behaviour in monolayers of isotropic cells
现在有越来越多的证据表明细胞组织中液晶特征的出现和生物功能，包括有序和拓扑缺陷。然而，这些本质上依赖于颗粒伸长的特征如何出现在具有各向同性形状的细胞单层中是一个突出的问题。在这篇文章中，我们提出了一个极小模型的细胞单层的细胞变形和力的传输的基础上，在细胞-细胞界面，解释了拓扑缺陷的形成，并捕捉流场和应力图案周围。通过包括在单个细胞水平的机械性能，我们进一步表明，驱动拓扑缺陷的形成，并导致主动湍流的不稳定性，出现从形状变形和主动驱动之间的反馈。该模型使我们能够提出新的解释，在组织力学的实验观察，并提出未来的实验设计。
2019-02-04 cond-mat.soft
Biaxial nematic phase stability and demixing behaviour in monolayers of rod-plate mixtures
我们从理论上研究的硬棒-板混合物的单分子膜的相行为，使用基本测量密度泛函的限制取向（Zwanzig）近似。我们认为这两个物种是受一个有吸引力的潜力成正比的颗粒接触面积的表面上，并与吸附强度，取决于物种类型。颗粒具有板状形状，使用对称标准选择尺寸：相同体积和相同纵横比$κ$。计算了$κ=10$、20和40以及不同吸附强度值的相图。对于小的吸附强度的混合物表现出二阶单轴向列-双轴向列的过渡杆$0\leq x\lesssim 0.9$的摩尔分数。在单轴取向相，棒和板的粒子轴分别垂直和平行于单层排列。在过渡区，板块轴的取向对称性被打破，它们的取向平行于表面上的指向矢。对于大的和相等的吸附强度的混合物在低压下分层成单轴的双相，丰富的板，和双轴的双相，丰富的杆。这种分层位于两个三临界点之间。此外，在较高的压力和在板丰富的相图的一部分，该系统表现出强烈的一阶单轴向列-双轴向列相变与一个大的密度共存间隙。当棒吸附相当大而板吸附很小时，向双轴晶相的转变总是二级的。在非常高的压力下，混合物可以有效地被识别为正方形和矩形的二维混合物，其再次在某个临界点以上分层。我们还研究了均匀相的相对稳定性与密度调制的近晶，柱状和结晶对称性。
2016-07-22 cond-mat.soft
Nonequilibrium steady states in a vibrated-rod monolayer: tetratic, nematic and smectic correlations
本文实验研究了水平单层宏观棒的非平衡相行为。杆的二维运动由垂直方向的振动驱动。除了通常在分子液晶系统中探索的填充分数和纵横比的控制变量之外，由于颗粒的宏观尺寸，我们还能够研究颗粒的精确形状对该驱动系统的稳态的影响。我们发现，形状起着重要的作用，在确定的性质的取向有序在高包装分数。圆柱形颗粒在一定的纵横比范围内显示出基本上的四次相关性，其中Bates等人（JCP 112，10034（2000））先前已经显示出球形圆柱体经历各向同性相和双相之间的转变。在端部较薄的颗粒（滚动销或球）在相同的纵横比范围内显示出无序排序，在大纵横比下具有良好的无序相，在小纵横比下具有大规模涡旋运动的缺陷缠身的无序状态。最后，长粒的印度香米，其几何形状介于上述两种形状之间，显示出具有近晶有序的强烈迹象的相。
2005-10-12 cond-mat.soft
Active nematic flows on curved surfaces
细胞单层是组织生物物理学的中心模型系统。在体内，上皮组织的弯曲程度为微米级，而曲率在自发组织流动中的作用仍然没有得到很好的理解。在这里，我们提出了一个流体动力学理论的顶部-底部不对称的活性凝胶在一个弯曲的条。我们表明，表面曲率定性地改变单层运动相比，平坦的空间：由此产生的流量可以是无阈值的，和运动的过渡可能会从连续到不连续的变化。表面曲率，摩擦力和主动牵引力都显示出控制所选择的流动模式：从简单的剪切到涡链。
2022-03-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Sensitive methods for estimating the anchoring strength of nematic liquid crystals on Langmuir-Blodgett monolayers of fatty acids
研究了N-（对甲氧基苯亚甲基）-对丁基苯胺（MBBA）液晶分子在脂肪酸（COOHC $_{n}$ H $_{2n+1}$）LB膜上的锚定行为，并与脂肪酸烷基链长$n$（$n = 15, 17, 19, 21$）进行了比较.将单层沉积在ITO涂覆的玻璃板上，所述玻璃板用于组装填充有处于微相中的MBBA的各种厚度的夹层电池。从流动诱导的准平面到表面诱导的垂面排列的弛豫机制进行了研究，这四个线性下降与增加的烷基链$n$的长度，这表明Langmuir-Blodgett膜在该现象中发挥了作用。这一事实证实了由一个敏感的估计MBBA的锚定强度的脂肪酸单分子膜锚定断裂后发生在两个电场诱导的湍流状态之间的过渡，表示为DSM 1和DSM 2。结果发现，锚定破坏的阈值电场，这可以被认为是作为锚定强度的量度，也随着$n$的增加而线性减小。因此，这两种方法在解决锚定强度的微小差异方面具有高灵敏度。在包被有两种脂肪酸（$n=15$和$n=17$）的混合Langmuir-Blodgett单层的细胞中，当两种酸以相等的量存在时，观察到松弛速度的最大值。这种观察是通过改变细胞内各组分之间的比例形成表面活性剂膜的.
2001-01-15 cond-mat.soft
Active nematics are intrinsically phase-separated
二维非平衡非稳态，如在搅拌的颗粒棒单层或可定向的变形虫细胞膜中发现的，被预测[Europhys. Lett. { \bf 62}（2003）196]具有巨大的数字波动，标准差与平均值成比例。我们用数值方法证明了这种系统的稳定状态是{ \em宏观上相分离}，但由波动支配，如Das-Barma模型[PRL { \bf 85}（2000）1602]。我们建议在颗粒和活细胞系统中对我们的发现进行实验测试。
2006-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase diagrams for sticky rods in bulk and in a monolayer from a lattice free-energy functional for anisotropic particles with depletion attractions
本文在Asakura-Oosawa模型的基础上，导出了具有硬核排斥和有效吸引的各向异性粒子晶格模型的基本测度型密度泛函。通过各种尺寸和形状的聚合物晶格颗粒，可以在胶体之间产生不同强度和范围的有效吸引。的功能被施加到确定的相图的粘性棒的长度$L$在两个维度，在三个维度和在一个中性基板上的单层系统。在所有情况下，有序化和气-液转变之间存在竞争。在二维中，这会产生一个三临界点，而在三维中，各向同性-相变平滑地过渡到气-液相变。最丰富的相行为被发现的单层系统。对于$L = 2$，发现了两个稳定的临界点，分别对应于标准的气-液相变和非标准的液-液相变。对于$L = 3$，气-液转变变为亚稳态。
2017-09-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Active forces in confluent cell monolayers
我们使用一个计算相场模型与分析分析，研究细胞间的主动力如何可以调解单个细胞形态和集体运动在一个汇合的细胞单层。收缩性细胞间相互作用导致细胞伸长、有序化和活跃的湍流，其特征在于运动性拓扑缺陷。延伸的相互作用导致挫折，垂直的细胞取向变得更加普遍。此外，我们表明，收缩行为可以改变到伸展行为，如果考虑细胞形状的各向异性波动。
2021-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Defects in active nematics: algorithms for identification and tracking
对活性向列相的日益增长的兴趣和生物学中拓扑缺陷相关性的新证据要求可靠的数据分析工具来识别、分类和跟踪模拟和显微镜数据中的此类缺陷。在这里，我们提供这样的工具，并证明了两个例子，在一个活跃的湍流状态，在一个活跃的线虫动力学模型和新兴的多相场模型，缺陷速度的统计数据与实验结果进行比较的可能性。所考虑的工具，这是基于物理和数据驱动，相互比较。
2020-02-07 cond-mat.soft
Epithelia Realize Nematopolar Topological Defect Structures
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）
引入形状极性序参量，结合实验与连续介质模型，揭示上皮单层组织表现为极性-向列混合相，其中活性应力与极性-向列弹性的相互作用驱动了整数和半整数缺陷的共存。
2026-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Singularity identification for the characterization of topology, geometry, and motion of nematic disclination lines
本文介绍了三维液晶向错线的一个表征，它是一个与绕向错线的旋转矢量有关的张量。这个量表示在张量的序参量$\mathbf{Q}$，并分解为一个二元涉及的切向量的向错线和旋转矢量。此外，我们推导出一个运动学定律的速度向错线连接这个张量的拓扑电荷密度在矢量模型中的缺陷的Halperin-Mazenko描述。使用这个框架，相互作用的线向错和自零向错环的速度的分析预测给出并通过数值计算确认。
2022-02-01 cond-mat.soft
Freezing in flat monolayers of soft spherocylinders
本研究通过分子动力学模拟发现软球柱体平膜的向列-晶体相变堆积分数约为0.82，高于硬圆盘流体的0.7，并归因于残余取向熵，静电排斥不影响该转变。
2025-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Binding self-propelled topological defects in active turbulence
我们报告的出现稳定的自我推进的绑定缺陷在单层的活性向列相，形成虚拟的全整数拓扑缺陷的形式的漩涡和星。通过数值模拟和分析论证，我们确定了在有源半导体单分子膜中束缚缺陷形成的相空间。它示出的活性应力的性质和活性颗粒的流动对齐行为之间的复杂的协同作用可以稳定的自推进的正半整数缺陷到特定的绑定结构的运动。我们的研究结果揭示了活性向列体的新复杂性，有可能引发新的实验和理论。
2020-10-23 cond-mat.soft nlin.CD nlin.PS
Bayesian Parameter Identification in the Landau-de Gennes Theory for Nematic Liquid Crystals
本文针对向列液晶 Landau-de Gennes 模型提出一种贝叶斯参数辨识方法，利用模拟数据评估了马尔可夫链蒙特卡洛近似精度、置信区间与可辨识性极限。
2025-04-22 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Soft modes of the dielectric response in the twist-bend nematic phase and identification of the transition to nematic splay bend phase in the dimer CBC7CB
本文研究了弯曲形状非手性液晶二聚体扭曲弯曲相的介电谱，以确定不同的弛豫模式。这两个分子的过程被分配到一个进动旋转的纵向组件的氰基联苯基团和第二的旋转的横向组件的二聚体。低频峰在扭转弯曲的α到β转变处表现出一种特殊的温度行为。这个峰值可以被分配到一个集体波动的倾斜角的粗粒度的指向矢N相对于伪层法线。这与在电光实验中观察到的作为对电场的响应的电诊所效应很好地对应。低频弛豫过程可以被识别为Goldstone模式，与锥相的长尺度波动有关。在强偏置场的存在下，在温度范围内的扭曲弯曲的双折射数据被解释为螺旋线的解绕和一个字段诱导的双折射弯曲相的形成的指示。
2018-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Long-lived Giant Number Fluctuations in a Swarming Granular Nematic
连贯移动的鸟群、野兽或细菌是具有自发取向秩序的生命物质的例子。这些系统与具有这种液晶顺序的热平衡系统有何不同？工作与流化单层的宏观棒在液晶相，我们发现巨大的数字波动与标准偏差线性增长的平均值相一致，在任何情况下，中心极限定理适用。这些波动是长期存在的，只作为时间的对数函数衰减。这表明，群集，相干运动和大尺度的不均匀性可以出现在一个系统中，粒子不沟通，除了接触。
2007-06-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orientational ordering and layering of hard plates in narrow slit-like pores
利用Parsons-Lee密度泛函理论和限制取向近似研究了硬片状粒子在窄缝孔中的有序行为。我们观察到，该板是取向有序的，并在低密度下垂直（正面）的墙壁，一阶分层过渡之间发生单轴的n和n+1层在中等密度，甚至一个相变之间的单层与平行（边缘上）取向顺序和n层与垂直的一个可以检测到在高密度。除此之外，边缘单层通常是双轴向的，并且在非常高的密度下也可以看到单轴-双轴向的相变。
2019-09-20 cond-mat.soft
Lateral and normal forces between patterned substrates induced by nematic fluctuations
我们考虑一个由两个平行的平面基板所限制的双折射液晶，其锚定条件在一个横向方向上周期性地变化。在高斯近似下，我们研究了由指向矢的热涨落引起的图案化衬底之间的有效力。剪切力作为下基板和上基板上的图案之间的横向移位的函数而振荡。我们比较这种波动引起的横向力的强度与横向范德华力所产生的化学结构的吸附单分子膜。在法向方向上的波动诱导力是排斥力或吸引力，这取决于模型参数。
2005-12-10 cond-mat.soft
Reconfigurable swarms of colloidal particles electrophoretically drivenin nematic liquid crystals
我们目前的实验中，不等轴的胶体微粒分散在一个垂直的锚定条件下的液晶液晶盒动态组装的液晶使能电泳（LCEEP），使用一个AC电场垂直的限制板。具有负介电各向异性的介电常数主体导致平行于单元板的驱动力。我们利用所得到的滑动锚定条件和退化的粒子运动的方向设计可重构的轨迹使用光敏锚定层（偶氮硅烷自组装单层），作为粒子轨迹遵循本地导演取向。
2016-05-20 cond-mat.soft
Identification of New Assembly Mode in the Heliconical Nematic Phase via Tender Resonant X-ray Scattering
螺旋结构是令人兴奋的，并且在从生物技术到显示器到医学的许多应用中被利用。螺旋结构中共振效应的准确描述和理解提供了超越位置有序的分子堆积的关键知识。利用硫K边的弱共振X射线散射（TReXS）研究了具有螺旋结构的超导相的共振效应，即所谓的扭曲弯曲超导相（NTB）。我们首次定量地证明了NTB相的散射峰的能量依赖性遵循由X射线吸收测量的复折射率的能量依赖性。这使我们能够确定一个新的自组装模式的特定组的液晶二聚体在NTB阶段。我们预计，新的途径，在探索复杂的取向结构，无论是在静态以及动态模式引起的外部刺激将被追求。
2020-02-02 cond-mat.soft
Spontaneous flow created by active topological defects
拓扑缺陷是液晶大规模组织的根源。在二维主动向列相中，已知两类电荷的拓扑缺陷$\pm 1/2$由于主动应力而起主要作用。尽管这一重要性，很少有分析结果已获得的流场和主动应力图案周围的主动拓扑缺陷。使用通用的主动系统的流体动力学理论，我们调查这些拓扑缺陷周围的流动和应力模式在无界的，二维的主动向列相。在一般的假设下，我们推导出解析的自发速度和失速力的自平流缺陷的剪切和旋转粘度的存在下。应用我们的形式主义的单层细长细胞在汇合处的动态，我们表明，非保守的细胞数量一般增加了自平流速度，并可以提供一个解释，他们观察到的作用，在细胞挤出和多层。最后，我们调查数值的影响埃里克森应力。我们的工作铺平了道路的拓扑缺陷的作用，在活性向列相，特别是在单层的细长细胞的一般性研究。
2022-02-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalous uniform domain in a twisted nematic cell constructed from micropatterned surfaces
我们已经发现了一种光学均匀类型的域，其发生在扭曲向列（TN）电池中，所述扭曲向列（TN）电池由通过自组装单层（SAM）的微接触印刷用条带化学图案化的基板构造;这样的域不发生在由均匀基板构造的TN电池中。在这样的单元中，基板处的方位角锚定是由于液晶的弹性各向异性而不是传统的摩擦机制。一个模型，预测的扭曲和异常状态的相对稳定性的材料和设计参数的函数。
2008-12-16 cond-mat.soft
Strain rate controls alignment in growing bacterial monolayers
针对细菌单层膜全局排列机制不明的问题，提出基于应变的模型，可关联单层净形变与细胞级形变，能在多种几何限制下正确预测排列方向并定量预测取向序，填补了相关研究空白。
2024-06-13 cond-mat.soft
Topological structure and dynamics of three dimensional active nematics
点状能动拓扑缺陷控制着从摇动的颗粒棒到细胞单层的各种二维活性向列相的普遍动力学。在更高的维度上，类似的理解还没有出现。我们报道了通过在被动胶体液晶中分散可伸展的微管束来创建三维主动向列相。光片显微镜揭示了毫米级结构的活性向列相与一个单一的束分辨率和时间演变的相关的双指向矢字段。三维活性向列相的主导激发是扩展的电荷中性向错环，其经历复杂的动力学和复合事件。这些研究引入了一类新的非平衡系统，其类似于混沌的动力学来自内部产生的主动应力，混沌流和组成缺陷的拓扑结构之间的相互作用。
2019-09-03 cond-mat.soft
Data-driven discovery of active nematic hydrodynamics
二维主动向列相通常使用唯象连续介质理论来建模，该理论通过偏微分方程（PDE）来描述指向矢和流体速度的动力学。虽然这些模型提供了一个统计上准确的描述的实验，在偏微分方程及其参数的相关条款的识别通常是间接的。在这里，我们适应了最近开发的方法，自动识别最佳连续模型，直接从时空导演和速度数据，通过稀疏拟合的粗粒度字段到通用低阶偏微分方程的主动向列型。我们测试的方法广泛的计算模型，然后将其应用到数据从实验中的微管为基础的活性向列相。因此，我们确定了基于微管的活性向列相的最佳模型，以及相关的唯象参数。我们发现，方向场的动力学在很大程度上取决于其耦合到底层流，自由能梯度起着微不足道的作用。此外，通过拟合的流动方程的实验数据，我们估计一个关键参数量化的“活动”的双金属。
2022-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense active matter model of motion patterns in confluent cell monolayers
上皮细胞单层显示出显着的位移和速度的相关性超过10个或更多的细胞大小的距离，让人想起过冷液体和活性向列相。我们发现，许多观察到的功能可以在密集的活性物质的框架内进行描述，并认为，持久的不协调的细胞运动耦合到集体弹性模式的细胞片是足以产生漩涡状的相关性。我们得到这一结果，使用连续主动线弹性和正常模式的形式主义，并验证分析预测与数值模拟的两个代理为基础的细胞模型，软弹性颗粒和自推进Voronoi模型与体外实验的汇合角膜上皮细胞片。当组织水平的重组发生的时间长于细胞运动的持续时间时，模拟和正常模式分析完全匹配。我们的分析模型将十多年来测量的速度关联函数与单个拟合参数定量匹配。
2020-02-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mechanical basis and topological routes to cell elimination
利用三维相场模型研究细胞挤出，揭示黏附力调控下挤出事件与向列序、六角序缺陷的关联，并阐明其作为局部应力释放机制的作用。
2023-04-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous Hole Formation in Cell Monolayers Emerges from Collective Cell Motion
The Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Clarendon Laboratory, Parks Road, Oxford, OX1 3PU, UK（鲁道夫·派尔斯理论物理中心，克拉伦登实验室）
本研究构建连续多相场模型探究细胞单层自发孔洞形成机制，发现低摩擦下拓扑缺陷产生的螺旋流集中应力可触发孔洞，其数量与稳定性取决于基底摩擦和细胞活性，揭示集体细胞动力学对组织完整性的关键作用。
2025-08-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Dynamical Swirl Structures Powered by Microswimmers in Active Nematics
本文通过数值模拟研究极性微型游动体对活性向列相的影响，发现中等运动能力下会诱发宏观旋涡结构并降低有序度，其机制可解释为时空关联有色噪声促进弯曲不稳定性，为基于运动特征的病原体识别提供了新思路。
2024-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ordering in granular rod monolayers driven far from thermodynamic equilibrium
实验研究了垂直搅拌的颗粒单分子膜中的取向有序性，并与平衡态蒙特卡罗模拟和密度泛函理论进行了定量比较。在足够高的数密度下，短棒形成四次态，长棒形成单轴四次态。在实验和模拟中，从四次到单轴阶数变化的长宽比约为$7.3$。这种一致性说明了平衡和非平衡系统中棒状粒子有序性的普遍性。此外，组装成有序状态的颗粒棒被发现是独立的搅拌频率和强度，这表明注入到这样的非平衡系统的能量的详细性质并不起着至关重要的作用。
2015-05-22 cond-mat.soft
Turbulent dynamics of epithelial cell cultures
在体外上皮细胞单层表现出丰富的剧目的集体动力学行为，根据微环境的力学特征。本文研究了人支气管上皮细胞（HBEC）流动的统计和动力学特性，分析了其大尺度和长时间尺度的时空动力学。活动驱动的自发集体流动由空间中随机定位的涡旋系综组成。通过分析大量的旋涡，我们表明，它们的面积遵循指数规律，具有恒定的平均值和它们的旋转频率是大小无关的，都是主动悬架的混沌动力学的特征。事实上，我们发现，HBECs自组织在几个细胞长度的dielectric域。向列缺陷被发现在畴之间的界面处，通过成核和湮灭事件的动态平衡，总数量保持恒定。在+/-1/2缺陷附近，平均速度场与可伸展活性向列相的动力学完全一致。
2017-11-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
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
Thermotropic nematic order upon nano-capillary filling
光学双折射和光吸收测量揭示了四个制度的热致性行为的一个致热剂液体（7 CB）后，顺序填充的平行排列的毛细管的直径为12 nm的单片，中孔二氧化硅膜。没有观察到的第一个吸附单层的分子重新取向。在薄膜-凝聚态（厚度小于1 nm）中，发现了一个弱的连续的P-N跃迁，它比T_IN= 305 K时的不连续体跃迁低10 K。毛细凝聚态表现出更明显的，虽然仍然连续的P-N重排，位于4K低于T_IN。这种转变突然消失完全填充的毛细管，我们暂时跟踪到一个10 MPa的拉伸压力释放相关的凹口的消失，在封闭的液体。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Bridging microscopic cell dynamics to nematohydrodynamics of cell monolayers
人们越来越多地认识到，液晶特性可以在细胞单层的性质和动力学中发挥重要作用。在这里，我们提出了一个基于细胞的模型的细胞层，相场制剂的基础上，连接在单细胞水平的机械性能，大规模的组织的机械性能和流体动力学性能。特别是，我们提出了一个最小的配方，再现了众所周知的弯曲和张开流体动力学不稳定性的连续线虫的水动力学配方的活性物质，连同分析描述的不稳定性阈值方面的活动和弹性的细胞。此外，我们提供了一个定量表征和比较的流动和拓扑缺陷的伸缩应力产生机制，并证明活动引起的异质性和自发形成的间隙内的汇合单层。总之，这些结果有助于弥合微观尺度细胞动力学和组织尺度集体细胞组织之间的差距。
2022-04-27 cond-mat.soft
Topological defects of integer charge in cell monolayers
许多细胞类型自发地像液晶一样有序，因此，它们形成拓扑缺陷。虽然具有拓扑电荷$\pm$ 1/2的缺陷在细胞单层中是常见的，但与突起的形成和生命系统中的细胞迁移相关的具有电荷$\pm$ 1的缺陷更难以捉摸。我们使用拓扑图案施加拓扑电荷的$\pm$ 1在细胞单层的控制位置。我们比较了3 T6成纤维细胞和EpH-4上皮细胞在这种模式下的行为，表征了对齐程度、缺陷附近的细胞密度以及它们在缺陷核心处的行为。图案化的衬底提供了正确的条件来观察+1缺陷中的3 T6电池的各向同性填充。我们还观察到密度变化的3 T6单层附近的两种类型的缺陷在相同的长度尺度。这些结果表明缺陷核尺寸为150 $μ$ m-200 $μ$ m，在+1缺陷中可能具有各向同性堆积，并且在其它情况下，缺陷核具有丰富的内部结构。
2019-12-06 cond-mat.soft
Integer topological defects of cell monolayers -- mechanics and flows
单分子膜的各向异性细胞表现出长程取向秩序和拓扑缺陷。在生物体的发育过程中，取向顺序往往影响形态发生事件。然而，细胞单层的力学和拓扑缺陷之间的联系仍然在很大程度上未被探索。这特别适用于与组织形态发生相关的时间尺度。在这里，我们建立在物理学的液晶，以确定材料参数的细胞单层。特别是，我们使用一个积极的极性流体的流体动力学描述研究在整数拓扑缺陷的稳态力学模式。我们的描述包括三个不同的活动来源：牵引力占细胞-基质相互作用，以及各向异性和各向同性的积极的生物应力占细胞-细胞相互作用。我们将我们的方法应用于C2 C12细胞单层在小的圆形限制，形成孤立的星状或螺旋拓扑缺陷。通过分析螺旋结构中的速度场和取向序场以及星形结构中的力场和细胞数密度场，确定了C2 C12细胞单层的力学参数。我们的工作表明，拓扑缺陷可以用来充分表征生物活性物质的机械性能。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.TO
Order, intermittency and pressure fluctuations in a system of proliferating rods
限制在二维开放微通道中的非运动细长细菌可以表现出集体运动，并且如果细胞增殖，则形成具有双有序性的致密单层，即，成长和分裂。利用软分子动力学模拟，研究了细胞生长速率、细胞长径比和滑动摩擦对有序化的影响以及对受限环境中压力波动的影响。我们的结果表明，长径比>3.0的棒在低滑动摩擦下达到准完美向列相态。在高摩擦下，由于突然失序，整体的微扰序参量呈现出间歇性的波动，这些突发之间的时间间隔呈幂律分布。横向于通道轴线的压力可以随时间突然变化，并且由于横向拥挤效应而显示出滞后。纵向压力场的平均相关的三阶，但它是局部非常不均匀的，其分布遵循逆幂律，与非活性颗粒系统形成鲜明对比。我们讨论了这些发现对组织生长的影响。
2013-07-24 cond-mat.soft q-bio.TO
Phase Transitions in Hexane Monolayers Physisorbed onto Graphite
我们报告的结果分子动力学（MD）模拟的一个完整的单层己烷物理吸附到石墨的基面。在低温下，该体系形成人字形固体。随着温度的升高，在$T_1 = 138 \pm 2$ K下发生固体到非晶液晶的转变，随后在$T_2 = 176 \pm 3$ K下发生另一转变，成为各向同性流体。我们通过计算不同的序参量，坐标分布，能量，扩散压力和关联函数，其中大部分是在合理的协议与现有的实验证据的不同阶段的特征。此外，我们进行模拟，其中的Lennard-Jones相互作用强度，势能强度和二面角刚度是不同的，以更好地表征两个过渡的性质。我们发现，这两个相变是促进了“足迹减少”的分子通过倾斜，并在较小程度上通过创建在分子中的笨拙缺陷。
2004-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Active Nematic Multipoles: Flow Responses and the Dynamics of Defects and Colloids
提出活性向列多极子框架描述局域化畸变，通过基本流场响应的微分给出任意多极子的Stokesian流场，揭示了缺陷环和胶体系统的自动力学机制。
2023-01-31 cond-mat.soft
Multiscale order, flocking and phenotypic hysteresis in the cellular Potts model of epithelia
Universiteit Leiden（莱顿大学）；Université Paris Cité, CNRS（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心）
研究通过细胞Potts模型模拟揭示了细胞迁移与组织空间组织的反馈机制，发现多种取向有序相共存，并在不同尺度上表现出表型滞后现象。
2026-05-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fingering instability in spreading epithelial monolayers: roles of cell polarisation, substrate friction and contractile stresses
集体细胞迁移在许多发育过程中起着至关重要的作用，这些发育过程是形态发生、伤口愈合或癌症进展的基础。在这种协调的行为中，细胞以连贯的结构组织起来，并积极迁移以服务于不同的生物目的。在某些情况下，即在上皮伤口愈合过程中，众所周知，迁移的自由边缘单层会产生指状不稳定性，但其发生仍有争议。在这里，通过理论和数值模拟，我们揭示了驱动不稳定过程的主要机制，分析了连续可压缩极性流体的线性和非线性动力学。特别是，我们评估的作用，细胞极化，基板摩擦，和收缩应力。线性理论表明，分析扰动瞬态动力学是至关重要的，因为我们解开了过多的交叉不同的指数增长率之间的线性制度。数值模拟表明，细胞-基底摩擦可能是负责在边缘形成复杂的指状结构的机制，因为它触发二次指状不稳定性和尖端分裂现象。最后，我们得到了一个临界收缩应力，依赖于细胞-基底摩擦和初始到初始长度比，表征一个积极的润湿-去湿过渡。在去湿的情况下，单分子层回缩并变得稳定，而不会形成指状结构。
2021-06-15 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Multiphase field models for collective cell migration
汇合的细胞单层和上皮组织在结构排列和主动驱动的集体流动中显示出显着的模式和相关性。我们使用多相场模型模拟这些属性。该模型是基于细胞变形和细胞间的相互作用，我们调查的微观细节的影响，将积极的力量新兴的现象。我们比较了四种不同的方法，其中一种方法的活性是由一个随机的方向，其中一个活动与变形的细胞和两个模型与亚细胞的细节，以解决潜在的细胞迁移的机械化学相互作用。该模型进行了比较，相对于通用功能，如固体到液体的相变，细胞形状的变化，新兴的湍流特性，以及涡度相关性和流动模式在大汇合单层和禁闭。所有的结果进行了比较与实验数据的各种各样的细胞培养。模型出现的定性差异显示了微观细节的重要性，并提供了一条通往细胞集落中模式和相关性的预测模拟的途径。
2021-06-19 cond-mat.soft
Surface functionalization modulates collective cell behavior at integer topological defects
University of Southern Denmark（南丹麦大学）
表面功能化调控细胞粘附强度，影响整数拓扑缺陷处的集体细胞行为，揭示了纺锤形细胞促进拓扑缺陷形成的作用
2025-11-28 cond-mat.soft
