Non-equilibrium dynamics of bacterial colonies -- growth, active fluctuations, segregation, adhesion, and invasion
具有菌毛自推进机制的细菌群体是研究活性多粒子系统结构和动力学的理想模型。我们研究淋病奈瑟菌菌落的分子动力学为基础的方法。设计了一种通用的、适应性强的模拟具有波动键相互作用的粒子系统的方法。模拟被用来研究细菌菌落的生长和菌落结构对细胞-细胞相互作用的依赖性。在殖民地，菌毛回缩增强当地秩序。对于由不同类型的细胞组成的集落，模拟显示了分离，这取决于不同细胞之间的纤毛介导的相互作用。这些结果与实验观察相符。接下来，我们量化了硅片上菌落形状波动的功率谱密度。模拟预测强烈违反平衡波动响应关系。此外，我们表明，积极的力量产生使殖民地蔓延的表面和入侵狭窄的渠道。该方法可以作为一个基础，为未来的研究活动的多粒子系统在复杂形状的边界。
2022-10-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pattern engineering of living bacterial colonies using meniscus-driven fluidic channels
工程空间组织的生物膜，创造适应性和可持续的生物材料是合成生物学的一个即将到来的使命。图案化生物膜材料的现有技术受到与高技术壁垒和特殊设备的要求相关的限制。在这里，我们提出了受控的微扰驱动的射流，MeniFluidics;一种易于实施的技术，用于图案化活细菌种群。我们展示了亚毫米分辨率的活菌落和生物膜形成的多尺度图案。依靠液体通道中的快速细菌扩散，MeniFluidics允许在空间和时间上控制各向异性细菌菌落的扩张。该技术也已被应用于研究集体现象，在有限的细菌群集和组织不同的荧光标记的枯草芽孢杆菌菌株到一个收敛的模式。我们相信，MeniFluidics的稳健性和低技术壁垒为开发生物功能材料，生物工程和生物艺术提供了工具，并增加了微生物相互作用的基础研究。
2019-10-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Large-scale orientational order in bacterial colonies during inward growth
本研究揭示细菌菌落在封闭区域内向内生长时，速度分布与虚拟约束诱导杆状细菌形成稳定径向取向，且取向缺陷动力学依赖细菌长度。
2021-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Modelling of surfactant-driven front instabilities in spreading bacterial colonies
细菌菌落在固-气界面上的传播取决于所涉及界面的物理化学性质。由细菌产生表面活性剂分子是一种广泛的策略，其允许菌落在基质上有效地扩展。一方面，表面活性剂分子降低了菌落的表面张力，有效地增加了基底的润湿性，这有利于铺展。另一方面，表面活性剂分子的表面浓度梯度导致Marangoni流，其驱动铺展。这些流动可能会导致圆形菌落形状的不稳定性和随后的指状物的形成。在这项工作中，我们研究了细菌表面活性剂的生产和基板的润湿性对菌落生长和形状的框架内的流体动力学薄膜模型的影响。我们表明，在润湿性和表面活性剂生产的变化是足够的复制四种不同类型的菌落生长，这已在文献中描述，即，逮捕和连续传播的圆形菌落，轻微调制前线和形成明显的手指。
2018-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Do active nematic self-mixing dynamics help growing bacterial colonies to maintain local genetic diversity?
最近的研究表明，包装的细胞，无论是真核细胞组织和生长或群集的细菌菌落，往往可以被理解为积极的体液。体积守恒的主动混沌模型系统的一个关键性质是混沌自混合，其特征在于运动的拓扑缺陷。然而，对于由生长而不是运动驱动的活性向列相，关于混合和缺陷运动的了解较少。混合可以通过抵消空间分离成单克隆扇区的趋势来影响细菌菌落的进化结果，这降低了局部遗传多样性并将亚群之间的竞争限制在相邻扇区之间的边界。为了研究生长驱动的活性微生物物理学是否会影响这种遗传分层过程，我们进行了基于代理的模拟生长，分裂和空间排斥各种纵横比的杆状细菌，我们分析菌落形态使用的工具从软物质物理学和种群遗传学。我们发现，尽管可测量的缺陷自推进生长驱动的主动向列相，径向膨胀流防止混沌混合。即便如此，在生物学相关的细胞纵横比，自混合是更有效的生长活性向列细胞的杆状细胞相比，各向同性的圆形细胞集落的增长。这表明了与活跃的生物动力学相关的潜在进化后果。
2022-05-10 cond-mat.soft q-bio.PE
Self-organization of swimmers drives long-range fluid transport in bacterial colonies
细菌通常生活在结构化的群落中，影响人类健康和生态系统。异质种群，如运动和非运动种群，经常共存于细菌群落中。微生物群落中的运动亚群被认为是重要的扩散，寻找食物，和物质运输。然而，除了在运动细胞驱动菌落扩张（例如细菌群集）的情况下，细菌群落中运动亚群的生理功能在很大程度上是不清楚的。在这里，我们发现，在常规培养的无柄菌落的围毛鞭毛细菌的运动细胞可以自我组织成两个相邻的，厘米级的运动环周围的整个殖民地。运动环产生于模仿相分离的均匀游泳者悬浮液的自发分离;该过程由细胞间相互作用和剪切诱导的耗竭介导。作为这种自组织的结果，细胞驱动流体流以大约每秒30微米的恒定峰值速度围绕集落循环，为宏观尺度的定向材料运输提供稳定和高速的途径。这些发现提出了一种独特的细菌自组织形式，影响细菌群落中的种群结构和物质分布。
2019-04-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Geometry and mechanics of microdomains in growing bacterial colonies
细菌菌落在生物和非生物表面上丰富，并且已知介导生态学，医学和工业中的广泛过程。虽然从单细胞到人口规模进行了广泛的研究，但仍然缺乏全面的生物力学图片，突出了细胞到菌落的动力学。在这里，使用分子动力学模拟和连续建模，我们调查的几何和机械性能的细菌菌落生长在一个自由边界的基板上，并证明，这样一个不断扩大的殖民地自组织成一个“马赛克”的微区组成的高度对齐的细胞。微区的出现是由两个相互竞争的力量介导的：相邻细胞之间的空间位阻力，这有利于细胞排列，以及由于细胞生长而产生的伸展应力，这往往会降低局部取向顺序，从而扭曲系统。这种相互作用的结果在指数分布的域面积和设置成比例的系统取向刚度和extensile主动应力的大小之间的比率的平方根的特征长度尺度。我们的理论预测最后与实验进行了比较，自由增长的E。大肠杆菌小菌落，发现定量协议。
2018-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Defect dynamics in growing bacterial colonies
杆状细菌的菌落构成了一个胶体活性物质系统，具有抗菌特性。当一个单一的初始细菌通过重复的分裂繁殖时，所产生的菌落很快失去了长距离的取向顺序，但保留了局部有序的结构域。在这些区域的边界上，出现了拓扑缺陷，这些缺陷随着菌落的生长而随机移动。在实验和模拟中，我们发现这些缺陷是以对应于菌落指数增长的速率产生的，从而产生稳定的缺陷密度。这种缺陷密度和菌落的相关长度都由棒状颗粒的纵横比来调节。此外，我们发现，缺陷动态很好地描述了伽马分布，这是由于重复的部门和随后的重新定向的细菌。
2022-10-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.PE
Mono-to-multilayer transition in growing bacterial colonies
在细菌菌落中从单层到多层结构的转变是生物膜发育的基本步骤。在不同的形态型和物种中观察到，这种转变在由几百个细胞组成的自由生长的细菌小菌落内触发。使用数值模拟和分析建模相结合，在这里，我们证明了这种转变源于生长诱导的面内主动应力和垂直回复力之间的竞争，由于细胞-基底相互作用。使用一个简单的链状殖民地的横向限制的细胞，我们表明，过渡集时，个别细胞变得不稳定的旋转，因此它是本地化和机械确定性。异步细胞分裂使这个过程随机化，因此控制转变开始的所有关键参数都是连续分布的随机变量。在这里，我们证明了在大细胞数量的限制下，在菌落中的第一次分裂的发生可以近似为泊松过程。这使我们能够近似计算与第一次挤出相关的位置和时间的概率分布函数。这样的泊松过程的速率可以被识别为过渡的序参量，从而突出了其混合确定性-随机性的性质。
2021-03-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mechanical Interactions Govern Self-Organized Ordering in Bacterial Colonies on Surfaces
Saarland University（萨尔兰大学）
研究通过模拟非运动性应力响应细菌，揭示机械互作用如何决定细菌群落形态和内部组织，发现生长诱导的伸展应力与立体约束竞争，形成高度对齐的微域，且摩擦力增加会减小微域大小并扩大方向多样性。
2026-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Morphogenesis of bacterial colonies in liquid crystalline environments
研究揭示了液晶环境通过弹性作用引导细菌形成对齐链并引发弯曲的形态发生机制。
2025-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Motility-induced buckling and glassy dynamics regulate three-dimensional transitions of bacterial monolayers
许多成熟的细菌菌落和生物膜是复杂的三维（3D）结构。他们开发计划中的一个关键步骤是从二维（2D）单层过渡到3D架构。尽管在各种医疗和工业环境中控制微生物菌落和生物膜的生长很重要，但单细胞动力学、密集细胞的集体行为和3D复杂菌落扩增背后的潜在物理机制仍然很大程度上未知。在这项工作中，我们探索背后的机制，运动铜绿假单胞菌菌落的二维到三维的过渡，我们提供了一个新的运动诱导，率依赖性屈曲机制，他们的平面外生长。我们发现，成群的能动的细菌菌落产生持续的面内流动。我们发现，这些流动产生的粘性剪切应力和动态压力，使细胞克服细胞-基质粘附，导致屈曲的细菌单层和生长到第三维。建模细菌单层作为二维流体膜，我们确定了普遍的关系，阐明了在平面内的粘性应力，压力和细胞-基质粘附之间的竞争。此外，我们表明，细菌单层可以表现出从群集到动力学被捕，玻璃样状态以上的发病密度交叉，导致不同的2D到3D的过渡机制。结合实验观察铜绿假单胞菌菌落在单细胞分辨率，分子动力学模拟的活性系统，和理论的玻璃态动力学和二维流体膜，我们开发了一个动态状态图，预测的殖民地的状态，和管理他们的二维到三维的过渡机制。
2020-03-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Physical characteristics of mixed-species swarming colonies
在自然界中，细菌群落通常由多个物种组成，它们在生物化学和物理上相互作用。尽管如此，过去对群集细菌物理特性的研究主要集中在纯（单一物种）种群上。在细菌群集中，个体之间复杂的相互作用导致集群，快速射流和漩涡，这取决于细胞的特性，如速度和长度。在这项工作中，我们展示了{ \sl枯草杆菌}和{ \sl粘质沙雷氏菌}混合物种种群快速聚集的第一个结果，这两个模型群物种已知在无菌情况下聚集良好。在混合液体培养中，两种物种都有较高的繁殖率。我们表明，混合人口成群以及物种之间的分数决定所有的动力学尺度-从微观（如速度分布），中观（涡流大小）和宏观（殖民地大小结构）。了解混合种群对于全面了解细菌群集现象及其生物学和进化意义至关重要。
2022-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Confinement inhibits surficial attachment and induces collective behaviors in bacterial colonies
本研究利用新型成像与计算分析技术，发现2D空间限制会抑制铜绿假单胞菌的永久附着并诱导颤动运动性，进而引发多种共存的集体行为，如动态细胞层和集体垂直化，从而影响细菌入侵空间及菌落3D结构。
2025-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluid-Derived Lattices for Unbiased Modeling of Bacterial Colony Growth
针对晶格模型在细菌菌落生长模拟中引入方向性偏差的问题，提出一种基于非结构化流体衍生无序晶格的混合数值方法，在保留基于智能体模型细节优势的同时实现了高效无偏的大规模菌落生长模拟。
2024-12-23 cond-mat.soft
Substrate stiffness governs dynamics and self-organization of nascent biofilms
本研究结合实验与生物力学建模，探究不同刚度软基底上细菌固着菌落的扩张与自组织，揭示基底刚度对菌落结构、动力学及单层-多层转变的调控机制，为理解生物膜形成提供生物力学视角。
2025-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Front structure and dynamics in dense colonies of motile bacteria: Role of active turbulence
我们研究了一个细菌菌落的传播经历湍流一样的集体运动。我们提出了两个最低限度的模型来研究人口增长和湍流产生的相干结构之间的相互作用。利用直接数值模拟（DNS）的建议的模型，我们发现，湍流有两个突出的影响殖民地的空间增长：（a）前的速度提高，（b）前变得皱巴巴的。这两种效应，我们强调使用统计工具，在我们的两个模型中是显着不同的。我们还表明，在某些制度下，在随机流的褶皱前结构和被动标量锋。
2016-08-03 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Morphological Instability and Dynamics of Fronts in Bacterial Growth Models with Nonlinear Diffusion
有人认为，有生物学和模拟证据表明，D（b）= D_0 b^{k}型非线性扩散系数是细菌菌落形成的许多生长模式的基础。本文研究了一个由Ben-Jacob等人引入的具有非线性扩散系数的反应扩散系统，由于细菌扩散系数在细菌密度b -> 0时为零，因此不能使用标准的前沿线性稳定性分析.我们引入了一个扩展的稳定性分析，它可以应用到这样的奇异前，映射出在D-k-平面的稳定区域，并推导出在某些限制的界面近似。我们的线性稳定性分析和尖锐的界面配方也将适用于其他的例子，由于非线性扩散，如在多孔介质或超导体中的涡旋运动的问题，界面形成。
2002-11-21 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Impact of crowders on the morphology of bacterial chromosomes
最近的实验的细胞质crowders对细菌染色体的组织的影响的启发，我们认为一个“羽毛蟒蛇”型模型染色体的存在下，非添加剂crowders，封装在一个圆柱形的细胞。我们观察到自发出现的互补螺旋的限制聚合物和拥挤。这一特征在染色体的简化有效模型内再现。后一种模型进一步建立了染色体和拥挤器之间的纵向和横向空间分离转变的发生时，增加拥挤器的大小。
2020-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
On Linear and Non-Linear Mechanics of Cyanobacterial Colonies
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Netherlands Institute of Ecology (NIOO-KNAW)（荷兰生态研究所）；Hydro-Key Ltd（Hydro-Key有限公司）；University of Cambridge（剑桥大学）
研究通过微 pipette 力传感器量化蓝藻菌落的线性和非线性机械特性，发现其抗破碎性与营养条件相关，为理解蓝藻菌落形成提供物理基础。
2026-04-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous spatial sorting by cell shape in growing colonies of rod-like bacteria
本研究通过二维布朗动力学模拟杆状细菌菌落生长，发现细胞形状差异导致长宽比较大的细胞自发分选至菌落外围，提示机械作用可能为偏好大长宽比的进化选择压力。
2025-01-19 cond-mat.soft q-bio.PE
Confinement and crowding control the morphology and dynamics of a model bacterial chromosome
最近的实验探测的形状，大小和动力学的细菌染色体在生长的细胞的动机，我们认为一个聚合物模型组成的一个圆形的骨干，侧环连接，局限于一个圆柱形的细胞。这样的模型染色体自发地采用螺旋形状，其被分子拥挤物进一步压缩以占据细胞的类核亚体积。随着细胞长度的增加，染色体的纵向尺寸以非线性的方式增加，最终饱和，其形态逐渐开放，同时显示螺旋圈数的变化。对于较短的细胞，染色体延伸随细胞大小非单调变化，我们发现这与拥挤的径向到纵向空间重排有关。禁闭和拥挤约束链动力学导致异常扩散。当质心均方位移的标度指数随细胞长度增长并饱和时，单个位点的标度指数显示出具有尖锐最大值的宽分布。
2018-10-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Ferromagnetic and antiferromagnetic order in bacterial vortex lattices
尽管生命系统具有固有的非平衡性质，但它们可以在高度有序的集体状态中自组织，这些状态与传统凝聚态和流体系统的热力学平衡相具有惊人的相似性。例子包括细菌菌落、微生物悬浮液和组织的液晶状排列，以及鱼群和鸟群中连贯的宏观尺度动态。然而，在这种人工和生物系统中，支配结构出现的一般数学原理是难以捉摸的。目前还不清楚，什么时候，甚至是否，描述平衡系统的普遍热统计学的成熟的理论概念可以捕获和分类有序状态的生命物质。在这里，我们连接这两个以前不同的制度：通过微流体实验和数学建模，我们证明，流体动力学耦合的细菌漩涡的晶格可以自发地组织成不同的阶段的铁和反铁磁秩序。通过改变腔间间隙宽度来调节涡耦合，可以控制优先相位。相反秩序制度的出现与几何诱导的边缘电流的存在密切相关，这让人想起量子系统中的边缘电流。我们的实验观察可以合理化的一个通用的晶格场论，这表明细菌的自旋网络属于同一类的广泛的平衡系统的普遍性。
2015-11-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Emergence of active nematics in bacterial biofilms
生长的组织和细菌菌落是活性物质系统，其中细胞分裂和细胞运动产生活性应力。虽然它们在非平衡状态下运行，但这些生物系统可以形成大规模的有序结构，如向列排列的细胞、拓扑缺陷和指状结构。机械不稳定性也发挥了重要作用，在增长过程中产生大的结构折叠。活性物质动力学和机械不稳定性如何一起在生长的组织中形成大规模的秩序还没有很好的理解。在这里，我们使用链形成枯草芽孢杆菌，也被称为生物膜，研究主动应力和生物有序之间的直接关系。我们发现，细菌生物膜具有内在的长度尺度以上的一系列机械不稳定性发生。局部应力和摩擦控制线性屈曲和边缘不稳定性。值得注意的是，这些不稳定性发展向列对齐的细胞结构，并创建对运动和静止的拓扑缺陷。我们还观察到，整个生物膜的应力分布强烈依赖于缺陷的动力学，可以进一步启动形成的孢子形成位点，通过创建三维结构。通过研究细菌生物膜的形成及其力学不稳定性，我们提出了一种新型的活性物质系统，该系统为研究向列体在生物组织生长中的重要作用提供了一个独特的平台。
2018-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Influence of homeostatic mechanisms of bacterial growth and division on structural properties of biofilms. A computer simulation study
细菌的生长和分裂通常通过称为二分裂的过程发生，其中细胞极性生长直到它们分裂成两个子细胞。虽然这一过程受到在生长速率和子细胞长度中引入随机变化的因素的影响，但事实是细菌群落中的大小分布（也称为生物膜）随着时间的推移保持稳定。这表明存在有助于维持稳定的尺寸分布的稳态机制。在这些机制中，被称为sizer和adder的机制最为突出，其相关性尚未完全确定。在这项工作中，使用基于代理的模型的计算机模拟，被用来研究这些稳态机制对发展中的生物膜的几何和结构特性的影响，专注于其发展的早期阶段。此外，它被检查的效果与细胞生长的时间的线性或指数依赖性对这些属性。从我们的研究中，我们推断这些机制对所研究的性质没有明显的影响，这可能是由于随机因素在细胞分裂和生长过程中的重要性。此外，我们还讨论了细胞生长和扩散之间的竞争是如何解释发展中的细菌菌落的结构和几何形状的一个关键方面。
2022-08-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Non-uniform growth and surface friction determine bacterial biofilm morphology on soft substrates
在发育过程中，生物体获得具有重要生理后果的三维形状。虽然形态发生的基本机制在真核生物中是已知的，但通常难以在体内操纵它们。为了规避这个问题，在这里，我们提出了一个研究开发霍乱弧菌生物膜生长在琼脂基板上，其中时空形态模式改变了不同的琼脂浓度。扩张的生物膜最初是平坦的，但后来经历机械不稳定性并变得起皱。而周边区域发展有序的径向条纹，中心区域获得锯齿形人字形皱纹图案。取决于琼脂浓度，皱纹最初出现在周边区域并向内传播（低琼脂浓度）或出现在中心区域并向外传播（高琼脂浓度）。为了理解这些实验观察结果，我们开发了一个模型，该模型考虑了营养物质的扩散及其被细菌吸收、细菌生长/生物膜基质的产生、生物膜和琼脂的机械变形以及它们之间的摩擦。我们的模型表明，耗尽的中心区域的生物膜下的营养物质的结果在径向依赖的生长曲线，这反过来又产生各向异性应力，决定皱纹的形态。此外，我们预测，增加表面摩擦（琼脂浓度）降低应力各向异性和转移的最大压缩应力的位置，在那里的不稳定性首先发生，向中心的生物膜，与我们的实验观察。我们的研究结果广泛适用于具有相似形态的细菌生物膜，并且还提供了对其他细菌生物膜如何形成不同皱纹图案的深入了解。
2019-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Diffusion of Tracer Particles in Early Growing Biofilms. A Computer Simulation Study
本研究通过布朗动力学模拟，揭示早期细菌生物膜中示踪粒子扩散受菌落生长主导，并利用微流变学量化其黏弹性，为理解生物膜物理特性提供新见解。
2025-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Instabilities in a growing system of active particles: scalar and vector systems
本文研究生长型活性粒子系统的动力学不稳定性，发现矢量系统中生长介导扭矩可引发本体活性行波，并分析了两类系统的生长界面形状不稳定性。
2023-06-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Width scaling of an interface constrained by a membrane
我们调查的形状，在一个不可穿透的移动膜的存在下，不断增长的接口。通过将膜放置在界面后面或前面而获得的界面和膜的两个不同的几何布置不是对称相关的。数值结果和精确计算的基础上，我们认为，这两种安排代表了两个不同的普遍性类界面生长：而公认的Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）的增长是在“前进”的安排，我们发现一个逮捕KPZ增长与一个较小的粗糙度指数在“落后”的安排。这表明，例如，生长的细胞膜和扩张的细菌菌落的表面特性是根本不同的。
2018-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tilt-induced polar order and topological defects in growing bacterial populations
杆状细菌，如大肠杆菌，通常生活形成土堆状菌落。它们最初在表面上二维生长，最终实现三维生长。虽然最近有报道称，三维生长是由运动细菌种群中缠绕数$+1/2$的拓扑缺陷促进的，但细胞排列在非运动情况下如何发挥作用在很大程度上是未知的。在这里，我们调查的相关性，拓扑缺陷的菌落形成过程中的非运动E。大肠杆菌群体，并发现这两个$\pm 1/2$拓扑缺陷有助于三维生长。通过分析集落底层的细胞流动，我们观察到在集落生长的初始阶段，$+1/2$缺陷吸引细胞，而$-1/2$缺陷排斥细胞，这与以前对运动细胞的研究一致。然而，后来，细胞也逐渐流向$-1/2$缺陷，与现有知识形成鲜明对比。通过共聚焦显微镜研究三维细胞取向，我们发现缺陷附近的细胞有很强的垂直倾斜。至关重要的是，这导致了极性顺序在其他二维细胞取向中的出现。我们扩展了活性向列相的理论，将此极性顺序和垂直倾斜，这成功地解释了涌入$-1/2$缺陷的极性诱导力。我们的工作表明，三维细胞取向可能会导致活性向列相的性质，特别是那些拓扑缺陷，这可能是一般相关的活性物质系统驱动的细胞生长，而不是自推进的急剧变化。
2022-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Influence of primary particle density in the morphology of agglomerates
凝聚过程发生在许多不同的科学领域，如胶体和气溶胶的形成或细菌菌落的形成。我们通过不同的制度（DLA和DLCA），使用扩散控制的蒙特卡罗模拟与现实的空间尺度的团聚体结构中的初级粒子密度的影响进行了研究。由Hirsch的布朗运动流体力学理论给出了MonteCarlo时间步长与真实时间尺度的等价性。不同时间段的团聚体行为表明，三个指标（分形指数，配位数和偏心率指数）表征团聚体的几何形状。使用这些指标，我们已经发现，初级粒子的初始密度极大地影响了在最近的实验工作中观察到的团聚体的最终结构。
2014-07-03 cond-mat.soft
Substrate geometry affects population dynamics in a bacterial biofilm
本研究通过实验和模型揭示基底表面形状可调控生物膜内遗传漂变与选择，为通过表面图案化控制微生物进化提供新策略。
2023-08-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.PE
Substrate stiffness modulates bacterial adhesion and diversity of adherent phenotypes across growth stages
本文利用基于AFM的细胞级力-距离谱技术，定量揭示了基底刚度对细菌粘附的物种特异性调控作用，并发现光养细菌 Chromatium okenii 在生长过程中出现强弱粘附亚群共存，为理解生物膜早期定殖机制提供了新见解。
2024-07-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.ins-det
Dynamical heterogeneity in active glasses is inherently different from its equilibrium behavior
该研究通过大规模模拟和解析模式耦合理论，发现活性玻璃的动力学异质性与其平衡行为本质不同，质疑了DH在玻璃态动力学中的核心作用。
2023-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rheotaxis of chiral bacteria: from single-cell behavior to a population-level description
由于它们的形态，悬浮在介质中的细菌的动力学可以表现出复杂的行为。在存在剪切时，游动细菌经历垂直于剪切平面的漂移。这种漂移，称为趋流性，在这里研究半解析，数值和实验。我们发现细菌的方向和细菌的速度对剪切速率的依赖性，在存在旋转扩散。这使我们能够表明，垂直于剪切的细菌漂移速度主要是由于细菌推进，而不是趋流力。通过比较细菌的漂移速度和扩散速度，可以得出佩克莱数的定义。的趋流性的效果增加的剪切，达到一个平台，在非常大的Péclet数，在良好的协议与实验中进行的微流体液滴的趋流性。
2022-03-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Patterning of multicomponent elastic shells by Gaussian curvature
本研究通过模拟三组分弹性壳体，揭示平均弯曲能、高斯弯曲能与界面线张力竞争如何驱动蛋白组分按边缘、顶点和面图案化分布。
2023-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Melting of non reciprocal solids: how dislocations propel and fission in flowing crystals
本研究通过实验与模拟，揭示非互易力如何推进并分裂流体动力学驱动维格纳晶体中的位错，导致晶界网络重塑及界面熔化，并论证拓扑缺陷与非互易相互作用共同作用会破坏违背牛顿第三定律的晶体。
2025-02-28 cond-mat.soft
Motility-induced mixing transition in exponentially growing multicellular spheroids
本研究通过最小智能体模型探究指数生长三维球体中生长、空间位阻与运动的相互作用，发现运动诱导混合转变，为理解密集细胞聚集体动力学及相关生物机制提供物理原理基准。
2025-02-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
