Geometrical frustration yields fiber formation in self-assembly
控制超分子结构的自组装对活细胞至关重要，也是纳米和微米级工程的核心挑战。然而，即使没有优化形状的颗粒也可以稳健地形成明确定义的形态。这是在许多医疗条件下的情况，其中通常可溶性蛋白质聚集成纤维。除了所涉及的分子机制的多样性，我们提出，纤维一般产生于不规则颗粒的聚集与短程相互作用。使用一个极小模型的拟合不佳，粘性颗粒，我们证明了强大的纤维形成的各种颗粒形状和聚集条件。几何挫折在这一过程中起着至关重要的作用，并占纤维形成的参数范围以及它们的亚稳特性。
2017-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Active assembly and non-reciprocal dynamics of elastic membranes
The Martin Fisher School of Physics, Brandeis University（布兰迪斯大学马丁·费舍尔物理学院）；Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；School of Physics, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物理学院）；Kavli Institute of Theoretical Physics（卡弗里理论物理研究所）；Leinweber Institute for Theoretical Physics, University of Chicago（芝加哥大学莱因韦伯理论物理研究所）；James Frank Institute, University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所）
研究活性非热纤维在活性流体中的自组装，产生弹性膜网络，形成多尺度结构和动态过程，展示非 reciprocity 耦合诱导的全局极限环。
2025-09-04 cond-mat.soft
Interaction mechanics of acoustic cavitation with fibrin networks
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Max Planck Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）；Koç University（科奇大学）
本研究通过实验和力学分析揭示了超声驱动气泡的稳定周期振荡能够穿透并改变致密纤维蛋白网络，其机制是气泡径向振荡引起的亚断裂载荷反复作用导致网络塑性变形和损伤累积，从而增强基质传输。
2026-06-16 cond-mat.soft physics.app-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
Multi-shape memory by dynamic elastocapillary self-assembly
受到纤毛同步跳动的启发，我们发现在快速排水过程中半月板中的毛状纤维的集体动力学使它们能够自组织成多种拓扑结构，包括复杂的形状反转。通过从三角形基底的毛束中排出液体，我们展示了它们转化为凹六边形、圆角三角形、圆形和倒三角形的过程。这些拓扑上不同的形状是跳动毛发的淬火集体模式形状，每个对应于液体的特定排出速率，并且循环形状再转变可以通过重复的浸没和排出来简单地刺激。各种拓扑结构对应于多个弹性毛细血管平衡。具有不同孔径和密度的复杂多孔材料可以通过改变来自毛发组件的排出速率来获得。由于其简单的实现和能源效率，这些形状变换可以有从三维光刻到智能多功能表面的应用。
2017-02-14 cond-mat.soft
Bubble Shape and Transport During LCM Processes: Experimental Modeling in a T-Junction Tube
长纤维复合材料可以通过液体复合材料成型（LCM）来加工，这是一种通过低粘度树脂注射纤维预制件的工艺。在这个过程中，我们必须特别注意预制件内部的空隙形成，因为它可以改变材料的最终特性。实际上，预成型件呈现两种不同的孔隙率尺度：纱线之间称为大孔，纱线内部称为微孔。
2012-07-17 cond-mat.soft physics.class-ph
Hierarchical bubble size distributions in coarsening wet liquid foams
本研究通过微重力实验发现湿泡沫粗化过程中存在分层气泡分布，揭示了临界液相分数 $ϕ^*$ 大于随机密堆积分数 $ϕ_{rcp}$ 的现象，提出了湿泡沫粗化的新综合视角。
2023-07-31 cond-mat.soft
Coupled elasticity in soft solid foams
软材料的弹性会受到气泡存在的极大影响。从聚合物凝胶到浓缩乳液和胶体悬浮液，这种毛细管效应被广泛应用于各种材料。虽然实验结果和理论存在用于描述泡沫材料的弹性毛细行为（即具有中等气体体积分数），泡沫系统仍然需要专门的研究，以增加我们对充气材料在整个气体体积分数范围内的弹性的理解。在这里，我们阐述了控制良好的泡沫与浓缩的乳液，我们测量其剪切弹性模量作为一个功能的气体分数，气泡的大小和弹性模量的乳液。这种复杂的泡沫具有气泡组件和间隙基质的弹性特征。此外，它们的弹性模量示出由两个参数，即气体体积分数和弹性毛细数，定义为与气泡毛细压力的乳液模量的比率。我们连接我们的泡沫与现有的数据泡系统的结果，我们提供了一个一般的看法，在软弹性介质中的气泡的效果。最后，我们建议，我们的研究结果可能是有用的，用于估计的剪切模量的水性泡沫和乳液的多峰尺寸分布。
2017-04-10 cond-mat.soft
In situ stimulation of self-assembly tunes the elastic properties of interpenetrated glycolipid-biopolymer biobased hydrogels
水凝胶是一种广泛应用的软质材料，具有广泛的应用前景。控制凝胶的粘弹性是至关重要的。持续的环境问题已经引起了消费者对使用更可持续的材料（包括水凝胶）的关注。然而，更环保的材料是否与高功能兼容？在一个安全的设计方法，这项工作表明，功能性水凝胶与其弹性性能的外部刺激的原位响应性，可以开发从完全“可持续”的组件，生物基两亲物和生物聚合物（明胶，壳聚糖和藻酸盐）。生物两亲物是通过微生物发酵获得的刺激响应性糖脂，其可以在高度稀释的水中和通过刺激的快速变化自组装成纤维，也可以自组装成胶束或囊泡。生物两亲物/生物聚合物互穿水凝胶的弹性性质可以通过借助于温度或pH选择性地触发凝胶内的糖脂和/或生物聚合物的相变来调节。
2022-12-22 cond-mat.soft
Collective deformation modes promote fibrous self-assembly in protein-like particles
该研究通过解析与数值模拟二维可形变颗粒，揭示集体形变模式、柔软内部模式及不可压缩性如何驱动大型各向异性纤维状聚集体形成。
2024-04-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Topological defect engineering enables size and shape control in self-assembly
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；LPTMS（理论物理实验室）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Max Planck School Matter to Life（马克斯·普朗克生命物质学院）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；CINAM（中子与磁学中心）；Turing Center for Living Systems（图灵生命系统中心）；PMMH（物理化学与分子宏观结构实验室）；ESPCI Paris（巴黎高等物理化工学院）；PSL University（巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
本文提出基于相同亚基的拓扑缺陷工程方法，通过控制缺陷相互作用强度实现自组装体的尺寸与形状调控，并在DNA折纸实验中验证了二维盘状与纤维状结构的控制。
2026-09-14 cond-mat.soft
The Physics of Protein Self-Assembly
了解蛋白质自组装对于许多生物和工业过程都很重要。蛋白质可以自组装成晶体、细丝、凝胶和其他无定形聚集体。最终形式包括病毒衣壳和与疾病相关的凝聚相，如淀粉样纤维。虽然看起来不同，但这些组装都源于基本的蛋白质相互作用，并由类似的热力学和动力学因素驱动。在这里，我们回顾了最近的进展，了解蛋白质自组装通过软凝聚物质的角度，重点是三个特定的系统：球状蛋白，病毒和淀粉样纤维。最后，我们讨论了该领域尚未回答的问题。
2016-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Self-assembly of multicomponent structures in and out of equilibrium
相变和自组装的理论经常援引“准平衡”的概念，在这种状态下，积木的非平衡关联仍然会产生一种结构，其性质完全由潜在的自由能景观决定。在这里，我们研究了一个典型的多组分自组装的例子，一个一维的纤维生长从红色和蓝色块。如果平衡结构具有不同于随机混合特征的成分相关性，那么它就不可能在任何有限的增长率下毫无误差地产生：不存在准平衡状态。然而，通过利用动态缩放，在相空间中的一点处的平衡特征的结构可以被生成，没有误差，任意远离平衡。因此，我们的研究结果提出了一个“非微扰”的多组分自组装策略，其中的目标结构是，通过设计，而不是平衡的。
2012-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Triboelectrically mediated self-assembly and manipulation of drops at an interface
Princeton University（普林斯顿大学）；Yale University（耶鲁大学）
本研究揭示了油-空气界面上水滴通过静电相互作用实现的自组装机制，发现油浴深度决定液滴间距，并实现了对液滴的主动与被动操控。
2024-03-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Optimal strengthening of particle-loaded liquid foams
由颗粒悬浮液等复杂流体制成的泡沫在先进充气材料的开发方面具有巨大的潜力。本文研究了含颗粒悬浮液的液体泡沫的流变行为。我们专注于小颗粒的效果，即颗粒与气泡的尺寸比小于0.1，我们测量作为颗粒尺寸和颗粒体积分数的函数的复数模量。相对于以前的工作，结果突出了一个新的弹性制度，其特征在于不相等的模量值以及尺寸比的独立性。对材料微观结构的仔细研究表明，颗粒通过气泡之间的网络组织起来，并形成颗粒紧密堆积的颗粒骨架结构。后者被证明是负责报告的新的弹性制度。通过应变扫描进行的流变学探测揭示了材料的两步屈服：第一步发生在小应变下，并且清楚地归因于颗粒骨架的屈服;第二步对应于气泡组件的屈服，如对于无颗粒泡沫所观察到的。此外，在小应变下测得的弹性模量定量描述的固体泡沫模型，假设颗粒骨架具有体积弹性模量的顺序为100千帕。对散装颗粒材料进行的附加流变学实验表明，只要考虑泡沫气泡对填充颗粒施加的限制压力的大小，就可以理解这个令人惊讶的高值。
2017-03-19 cond-mat.soft
Chiral and achiral mechanisms of self-limiting, twisted bundle assembly
本文提出了扭曲丝束和柱束自限制组装的广义理论，分析了手性传递和非手性自发扭曲两种机制对束组装的影响，发现非手性扭曲束在平衡尺寸和热力学稳定性上与手性束存在定性差异。
2019-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
ChromRec: Self-Assembly of Nucleosomes Driven by Directional Recognition
ChromRec通过方向性识别驱动核小体自组装，提供了一种模块化、超粗粒的框架，能够协调生物特异性和物理相互作用，支持可调分辨率以研究染色质重排。
2025-12-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Designing complex behaviors using transition-based allosteric self-assembly
本研究建立基本变构模型并开发直观设计流程，通过构建系统展示受控纤维生长、形状变换、分拣和自我复制四种复杂行为，证明仅需极少相互作用规则即可实现复杂的涌现行为，为响应性材料设计开辟新途径。
2025-07-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-Assembly of Nanocomponents into Composite Structures: Derivation and Simulation of Langevin Equations
通过多尺度方法分析了纳米组分自组装成病毒、纳米胶囊或其他复合结构的动力学。其目的是实现可预测性，并保持关键的原子尺度的功能，形成和稳定的复合结构。我们从一个全原子的描述，刘维尔方程，和序参量表征纳米尺度的系统功能。从Liouville方程出发，利用多尺度扰动技术，导出了一个关于序参量的Smoluchowski型随机动力学方程.分析了具有内部原子结构的纳米组分的复合结构的自组装，并推导了生长速率。应用包括从衣壳组装病毒衣壳，从其主要亚基组装核糖体，以及从纤维和纳米颗粒组装复合材料。我们的方法克服了其他粗粒化方法中忽略纳米结构对原子涨落的影响的错误。我们考虑了序参量对原子涨落统计的影响，这些涨落对驱动序参量演化的熵和平均力有贡献。这种方法使计算机模拟自组装的有效算法，而其他方法严重限制的时间步长，由于分离的扩散和复杂的特征时间。鉴于我们的方法不需要对每个新应用进行重新校准，它提供了一种估计组装速率的方法，从而促进了自组装途径和动力学死端结构的发现。
2010-03-08 cond-mat.soft math-ph math.MP
Self-Assembly of Core-Shell Hybrid Nanoparticles by Directional Crystallization of Grafted Polymers
本研究通过将可结晶聚合物接枝到SiO₂纳米颗粒上，利用配体定向结晶驱动自组装，两步形成核壳杂化纳米结构，揭示了配体在构建复杂杂化材料中的关键作用。
2023-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Geometry-Driven Mechanical Memory in a Random Fibrous Matrix
本文通过有限元模拟研究随机纤维基质在局部拉伸释放后的微结构演化，发现即使无塑性机制，基质仍因纤维排列梯度而发生永久重塑，表现出由复杂几何驱动的力学记忆。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Perspective: Geometrically-Frustrated Assemblies
这种观点将概述一个新兴的范例自组织软材料，{ \it几何挫折组件}，其中自组装元件（如颗粒，大分子，蛋白质）之间的相互作用有利于本地包装图案，不兼容的统一的全球秩序的组装。该分类适用于广泛的材料组装体，包括自扭转蛋白质丝束、淀粉样纤维、手性近晶和膜、颗粒包被液滴、弯曲蛋白质壳和相分离脂质囊泡。在组装体中，几何挫挫导致了许多异常的结构和热力学性质，包括非均质和内应力平衡结构、自限组装和平衡组装结构中的拓扑缺陷。这种观点的目的是1）突出统一的原则和后果的几何挫折在软物质组件，2）分类已知的不同的“模式”的挫折和审查相应的实验例子，和3）描述尚未解决的突出问题的独特性质和行为的这一广泛的系统类别。
2016-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An investigation into the nano-/micro-architecture of electrospun poly (ε-caprolactone) and self-assembling peptide fibers
自组装肽（SAP）具有自发组装成有序纳米结构的能力，从而能够制造“设计师”纳米材料。SAP的可逆分子缔合已被证明在治疗学中提供了巨大的希望，例如，通过设计用于硬组织再生的仿生组件。这可以进一步用于新型纳米/微米诊断工具。然而，自组装肽凝胶通常与固有的弱的和瞬时的机械性能相关联。将其掺入聚合物基质中被认为是提高其机械稳定性的潜在策略。本研究的重点是将11个残基的肽P11 - 8（肽序列：CH 3CO-Gln-Gln-Arg-Phe-Orn-Trp-Orn-Phe-Glu-Gln-Gln-NH2）掺入聚（ε-己内酯）（PCL）纤维支架中。在这项研究中，使用静电纺丝技术从P11 - 8和PCL的溶液中制备仿生多孔支架，其导致由亚微米纤维（直径为100 - 700 nm）和纳米纤维（直径为10 - 100 nm）组成的两相结构。织物的内部形态及其微观结构可以通过改变肽浓度来容易地控制。用ATR-FTIR光谱研究了初生纤维中P11 - 8的二级构象，结果表明，在纤维形成和纤维网沉积过程中，P11 - 8发生了自组装成β-片带的过程.
2016-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Local origin of the visco-elasticity of a millimetric elementary foam
该研究通过实验和模型揭示了毫米级泡沫粘弹性的局部起源，指出耗散主要发生在弯月面附近的剪切区，而非界面粘度，为泡沫粘度建模提供了基础。
2020-11-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Twist-Free Enhancement of Strength and Modulus in Electrospun Yarns via Liquid-Assisted Capillary Densification
提出水或乙醇辅助辊压的无捻毛细致密化方法，利用弯月面力压实电纺纱线，显著提升强度与模量并揭示微观结构和本构机制。
2025-09-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
