Nonequilibrium Phenomena in Driven and Active Coulomb Field Theories
经典的库仑气体模型是统计物理学中最通用的框架之一，它将许多不同领域的大量现象联系起来。到目前为止，对这个模型的非平衡推广研究得少得多。随着当代对主动和驱动系统的大量研究，人们自然会期望这种具有长程库仑相互作用的系统的概括将为有趣的发展形成一个肥沃的操场。在这里，我们提出了两个由长程相互作用系统中的非平衡涨落引起的新的宏观行为的例子，即：（1）由外部电场和在受限Casimir几何中的相关涨落诱导力驱动的强电解质中的非屏蔽长程关联，和（2）在细胞的趋化反应中结合粒子极性的自趋化模型中的非平衡临界行为。这两个系统都有其组成颗粒之间的非局部库仑样相互作用，即在驱动电解质的情况下的静电相互作用，以及在自趋化系统的情况下由快速扩散信号介导的趋化力。这里提出的结果暗示了丰富的现象学的非平衡效应，可以产生强烈的波动在库仑相互作用系统，和丰富的各种潜在的未来方向，这是讨论。
2022-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Chemotactic self-caging in active emulsions
本研究以自驱动液滴为化学活性粒子模型，通过实验与模拟定量分析液滴间化学排斥信号的交流机制，揭示活性乳液中由负自趋化性引发的瞬态自笼动力学阻滞现象，为相关集体动力学研究提供新见解与预测原理。
2022-03-07 cond-mat.soft
Emergence of Anti-chemotactic Flocking in Active Biomimetic Colloids
本研究通过实验与理论揭示，肌动蛋白踏车运动驱动的胶体因局部资源竞争产生抗趋化性和自推进，进而涌现集群行为，并指出活性应力与反应-扩散耦合是活性剂重塑环境时多尺度行为涌现的通用机制。
2025-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Optimal chemotactic navigation in disordered landscapes
State Key Laboratory for Quantitative Synthetic Biology, Shenzhen Institute of Synthetic Biology, Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院深圳先进技术研究院校合成生物学国家重点实验室、深圳合成生物学研究院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Huazhong Agricultural University（华中农业大学）
研究揭示了在杂乱环境中趋化导航的最优策略，通过分析大肠杆菌在琼脂凝胶中的行为，发现最优运行时间与环境密度之间的非单调关系，并提出对抗性缩放理论。
2026-11-02 cond-mat.soft
Chemotaxis-Driven Instabilities Govern Size, Shape and Migration Efficiency of Multicellular Clusters
本研究通过计算建模与体外实验结合，揭示了多细胞团簇在趋化迁移中由局部形状依赖速度差驱动的失稳机制，该失稳限制了团簇大小并优化了迁移速度，为癌症转移等生理过程提供了物理见解。
2025-05-30 cond-mat.soft q-bio.TO
Cellular Sensing Governs the Stability of Chemotactic Fronts
在从胚胎发育到细菌生态学的背景下，细胞群体沿着自生的化学梯度迁移，通常形成繁殖前沿。在这里，我们从理论上表明，这种趋化前线形态扰动的稳定性是由单个细胞的能力的限制，以感测，从而响应化学梯度。具体来说，细胞在一个突出的部分前暴露于一个较小的梯度，这减慢了他们，促进稳定，但他们也更强烈地响应梯度，这加快了他们，促进不稳定。我们预测，这种竞争导致趋化指当传感是有限的，在太低的化学浓度。根据这一发现和E.大肠杆菌的趋化性，我们认为细胞的感觉机制可能已经进化，以避免这些限制，并确保稳定的前端传播。最后，由于对任何刺激的感知都必然受限于一般的生命和活性物质，因此感知诱导稳定性的原理可能在其他类型的定向迁移中起作用，例如硬旋转、趋电性和趋光性。
2022-06-05 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Boltzmann-Ginzburg-Landau theory for autochemotaxis of active rod-like particles
本文通过玻尔兹曼-金兹堡-朗道理论，研究活性杆状粒子中趋化与取向相互作用的耦合，发现平移趋化促进失稳而旋转趋化抑制失稳，揭示二者对集体动力学的相反作用。
2025-06-23 cond-mat.soft
Pseudo-Chemotactic Drifts of Artificial Microswimmers
本研究数值模拟了燃料浓度梯度中人工微型游泳者的运动，发现其概率密度在低浓度区积聚，而单个游泳者多向高浓度区发生伪趋化漂移，指出实验数据解释需考虑此“反菲克”行为。
2015-06-24 cond-mat.soft
Clusters, asters and collective oscillations in chemotactic colloids
创造模拟生命物质的定义属性的合成系统，如运动性，梯度感应，信号和复制，是仿生学的一个巨大挑战。这些生命的模仿品关键地包含将化学能转化为定向运动的活性成分。这些对能动性的人工实现指向了工程学的一个新范式，即通过在单个组件的尺度上操纵属性来设计涌现行为。催化胶体游泳者是这种系统的一个特别有前途的例子。在这里，我们提出了一个全面的理论描述的梯度感应的个人游泳，可控地趋化或反趋化行为，并使用它来构建一个框架，研究他们的集体行为。我们发现，活性胶体的位置和取向的自由度可以表现出凝聚，集群和星状的信号形成。催化动力学引入了一个自然的控制参数的范围内的相互作用介导的扩散化学物种。对于各种制度的参数空间中的远程限制，我们的系统显示精确的模拟引力坍缩，等离子体振荡和静电屏蔽。我们提出了在制造过程中如何调整胶体的表面性质以实现每种类型的行为的处方。
2014-01-20 cond-mat.soft
Chemotactic smoothing of collective migration
集体迁移--许多自我推进的代理人的定向、协调运动--是活性物质所表现出的一种迷人的涌现行为，对生物系统具有关键的功能意义。广泛的研究已经阐明了这种现象可能出现的不同方式。然而，当一个群体面临在复杂环境中不可避免地出现的扰动时，集体移徙如何能够持续下去，人们知之甚少。在这里，通过结合实验和模拟，我们描述了一种机制，集体迁移人口平滑大规模的扰动，在他们的整体形态，使他们的成分继续迁移在一起。我们专注于典型的例子，大肠杆菌的趋化性迁移，其中细胞的正面移动通过定向运动，或趋化性，在响应一个自我生成的营养梯度。我们确定了两种不同的模式，其中趋化性影响人口的形态：细胞在不同的位置沿前线迁移在不同的速度，由于空间变化（i）在当地的营养梯度和（ii）的能力，细胞感测和响应当地的营养梯度。虽然第一种模式是不稳定的，但第二种模式是稳定的，并占主导地位，最终推动总体人口的平稳发展，并使集体移民得以持续。这个过程是自主的，不需要任何外部干预;相反，它是个体细胞接收外部信号的方式的群体规模的结果。因此，我们的研究结果提供了见解，预测，并可能控制，集体迁移和形态的细胞群和各种其他形式的活性物质。
2021-01-12 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Chemotactic particles as strong electrolytes: Debye-Hückel approximation and effective mobility law
本文将化学活性趋化粒子的二元混合物类比为强电解质，解析导出其在外部浓度梯度下的有效泳动迁移率随浓度平方根衰减，推广了Kohlrausch与Debye-Hückel-Onsager定律。
2024-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Active chiral molecules in activity gradients
虽然活性胶体分子的行为是很好的研究，现在为一个恒定的活动，活动梯度的影响是少得多的理解。在这里，我们探讨了一个最简单的分子在活动梯度，即活性手性二聚体组成的两个粒子具有相同大小的相反的主动扭矩。我们分析表明，随着扭矩的增加，二聚体开关其行为从抗趋化性趋化。突现趋化性的起源是两个粒子对活度梯度的合作探索。当其中一个粒子移动到较高活性区域时，另一个粒子朝向较低活性区域移动，导致在较高活性方向上的净偏差。我们做了一个比较研究的手性活性粒子和带电的布朗粒子在磁场和显示，尽管基本相似的奇扩散行为，他们的动力学和趋化行为一般是不等价的。我们明确地证明了这一点，在二聚体组成的带相反电荷的活性粒子，它仍然是任何磁场的抗趋化性。
2022-07-01 cond-mat.soft
Chemotactic behavior for a self-phoretic Janus particle near a patch source of fuel
本文研究Janus粒子在燃料贴片源附近的趋化行为，揭示释放与消耗速率及泳动迁移率对运动的调控，并发现粒子可稳定悬停于贴片上方。
2024-06-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Chemotaxis of cargo-carrying self-propelled particles
具有自推进特性的活性粒子被认为是生命系统中最简单的运动模型。活性粒子在低活性区域的积累导致人们普遍认为，趋化性需要额外的特征，至少需要最低限度的处理信息和控制运动的能力。我们表明，自推进粒子显示趋化性和移动到更高的活动区域，如果粒子执行被动对象，或货物，他们绑定的工作。这种合作趋化性的起源是活性颗粒在与负载结合时对活性梯度的探索，导致负载上的平均过量力在更高活性的方向上。使用一个最小的理论模型，我们捕捉这些主动-被动二聚体的最相关的功能，特别是我们预测的交叉抗趋化和趋化行为。此外，我们表明，仅仅连接活性粒子的链是足够的，以获得从反趋化性的趋化性随着链的长度增加的交叉。这种活性复合物能够沿活性梯度向上移动，例如由燃料梯度提供，并在燃料浓度最大的地方积聚。观察到的过渡是重要的原始形式的生活，使他们能够找到一个来源的营养物质，即使在没有任何支持的感觉运动装置。
2020-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Modelling chemotaxis of microswimmers: from individual to collective behavior
我们讨论了最近的进展，在理论上描述的趋化性耦合的扩散方程的化学物种的方程描述的运动传感微生物。特别是，我们讨论了一个单一的微生物，它的感觉自己的分泌导致的现象，如自我定位和自我回避的自趋化性模型。对于两个异质颗粒，趋化偶联可以导致捕食者-猎物行为，包括追逐和逃逸现象，并形成活性分子，当颗粒相互接近时自发出现运动性。我们关闭这篇评论的集体行为的许多粒子的趋化耦合诱导模式，涉及集群，螺旋或行波的一些言论。
2019-02-04 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
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
Self-organized fractal architectures driven by motility-dependent chemotactic feedback
本研究通过最小智能体模型和连续模型，揭示运动依赖性化学沉积与浓度敏感反馈如何自组织产生分形网络，统一了趋化、组织重塑等现象，并为人工集体行为设计提供指导。
2025-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Crosslinking and depletion determine spatial instabilities in cytoskeletal active matter
由细胞骨架蛋白组成的活性凝胶具有空间自组织和自推进等非平衡性质，是一类有价值的材料。迄今为止，在不同类型的细胞骨架活性凝胶中，至少有四种典型的空间图案化途径：可伸展系统中的弯曲和屈曲不稳定性，以及收缩凝胶中的全局和局部收缩不稳定性。在这里，我们报告的观察这四个不稳定性在一个单一类型的活性凝胶，我们表明，它们是由两个参数控制：ATP和消耗剂的浓度。我们证明，随着ATP浓度的降低，被动电机的浓度增加，直到凝胶经历凝胶化转变。在这一点上，屈曲被选择为对抗弯曲，而整体收缩优于局部收缩。我们的观察结果是一致的粘弹性活性凝胶的流体动力学模型，其中的长丝交联的特征时间，发散的ATP浓度降低。因此，我们的工作提供了一个统一的观点，空间不稳定性的细胞骨架活性物质。
2022-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Instabilities and Topological Defects in Active Nematics
我们研究了一个可扩展的活动湍流的连续介质模型，表明中尺度湍流的发展分为两个阶段：（i）有序区域经历一个内在的流体动力学不稳定性，产生壁，强弯曲变形线，（ii）壁通过形成相反电荷的缺陷对而松弛。缺陷对的产生和湮灭都使经历进一步不稳定的双稳态区域恢复，从而导致动态稳定状态。我们比较这与发展的主动湍流在一个收缩的积极的心脏。
2013-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Long-wavelength instabilities in a system of interacting active particles
基于一个微观模型，我们发展了一个连续描述悬浮的微观自推进粒子。通过这种连续描述，我们研究了长程相互作用在破坏短程相互作用所产生的宏观有序相中的作用。长波长的波动可以使偶极粒子悬浮液中的各向同性和对称破缺极性相都不稳定。拉力器（推力器）悬架的不稳定性是由展曲（弯曲）波动引起的。这种不稳定性在四极粒子的悬浮液中是看不到的。
2017-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Differential-activity driven instabilities in biphasic active matter
主动应力可导致收缩凝胶和活组织的不稳定性。在这里，我们描述了一个通用的流体力学理论，把这些系统作为一个混合物的两个阶段的不同活动和不同的机械性能。我们发现，相之间的差分活动提供了一种机制，造成分层不稳定。我们遵循的非线性演化的不稳定性和特征所产生的图案的相图。我们的研究补充了混合物中的其他不稳定机制，如差异生长，形状，运动或粘附。
2017-10-10 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
Thin active nematohydrodynamic layers: asymptotic theories and instabilities
本研究通过渐近理论推导活性向列薄膜的低维模型，揭示厚度与形状变化改变不稳定性本质，并发现各向同性相中两类活性均可诱导有序，强调活性、厚度与曲率的耦合作用。
2025-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Self-generated gradients stabilize the hydrodynamic instabilities in active suspensions
在极地游泳者的主动悬浮液中出现的有序相处于长波流体动力学介导的不稳定性下。在这封信中，我们表明，溶解在水悬浮液中的化学分子，作为大多数湿活性系统的不可避免的一部分，可以介导长程相互作用，随后稳定有序相。活悬浮液中的化学引诱剂和在合成Janus悬浮液中产生泳动力的溶解分子使人联想到这样的分子。游泳者之间通过个体游泳者产生的这种化学物质的梯度进行的交流是这种稳定机制的基础。为了对这种主动系统的稳定状态进行分类，我们研究了两类具有动量守恒和非守恒动力学的系统的详细相图。我们的线性稳定性分析显示了稳定机制如何适用于具有不同动力学特性的游泳运动员，例如，推动器或拉动器，并且具有各种静态特性，例如，球形、扁球形或长球形几何形状。
2018-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydro-osmotic instabilities in active membrane tubes
我们研究了一种单向离子泵驱动渗透压差的膜管。一个压力驱动的蠕动不稳定性被确定，定性不同于类似的张力驱动的瑞利型膜管上的不稳定性。我们讨论了这种不稳定性可能与膜结合细胞器的功能和生物发生，特别是收缩液泡复合物。这种不稳定性的异常长的自然波长与在细胞中观察到的一致。
2018-01-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Pseudo-chemotaxis of active Brownian particles competing for food
利用布朗动力学模拟，研究了有燃料（或“食物”）源存在时活性布朗粒子（ABPs）的运动。这是一个既定的事实，在封闭的固定系统中，活性的ABPs产生的密度分布，增强在低活性的区域，这通常被称为“抗趋化性”。我们证明，-相反，共同认为-在非静止的设置，出现在这里作为一个结果，短的燃料爆发，我们的模型ABPs，而不是表现出趋化行为的签名。在与不活跃的，但在其他方面相同的布朗粒子（BP）的直接竞争中，ABPs被证明可以获取更大量的食物。从生物学的角度来看，尽管没有感觉装置，但激活的能力将包含进化优势。
2019-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous flow instabilities of active polar fluids in three dimensions
本研究通过三维活性埃里克森-莱斯利模型，揭示了边界条件如何选择活性极性流体的自发流动不稳定性模式，并解释了面内与面外失稳的机制。
2023-10-16 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
Hydrodynamic Instabilities of Active Jets
本文结合理论、实验与数值模拟，揭示了取向活性游动粒子射流中拉伸型粒子引发珠串失稳、推进型粒子引发螺旋失稳的机制，并刻画了其非线性演化规律。
2025-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Active Colloidal Molecules in Activity Gradients
我们考虑两个活性布朗粒子的刚性组装，形成活性胶体二聚体，在活性梯度。我们分析表明，取决于两个粒子的相对取向的活性二聚体积累在区域的高或低的活动，分别对应于，趋化性和抗趋化性。某些活性二聚体显示趋化和抗趋化行为，这取决于活性的强度。我们的粗粒度的福克-普朗克方法产生一个有效的潜力，我们用它来构建一个非平衡相图，分类的二聚体根据他们的战术行为。此外，我们表明，对于某些二聚体的运动实现了更高的持久性类似的宏观设备中的方向盘的效果。这项工作可能是有用的自主活性胶体结构的设计，调整其运动取决于当地的活动梯度。
2022-07-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Role of interfacial friction for flow instabilities in a thin polar ordered active fluid layer
我们构建了一个通用的粗粒度动力学薄的不灵活的平面层的极性有序悬浮的活性粒子，这是一个嵌入的各向同性被动流体介质的摩擦系数$Γ$耦合。由$Γ$控制，我们的模型提供了一个统一的框架来描述各种薄的极性有序系统的长波长行为，从{ \em湿}到{ \em干}活性物质和独立的活性膜。围绕一个选定的取向有序的统一参考状态的线性不稳定性的调查揭示了系统中的通用的运动和静态不稳定性，可以敏感地依赖于$Γ$。基于我们的结果，我们讨论了实验可及系统中$Γ$上界的估计。
2015-10-20 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
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
Fingering instabilities in tissue invasion: an active fluid model
转移性肿瘤通常通过形成从癌块出现的多细胞指状突起来侵入健康的邻近组织。为了理解这一现象背后的力学背景，我们在这里开发了一个自我推进的，不断生长的生物组织的极简流体模型。该理论只涉及四个力学参数，并在各种设置中保持分析跟踪。作为该模型的应用，我们研究了由我们的主动和膨胀流体制成的二维圆形液滴的演化，并嵌入被动的非生长组织中。该系统可用于模拟上皮层中癌的演变。我们发现，我们的描述可以解释的倾向，肿瘤组织的指法不稳定性，作为条件的积极牵引和生长动力学的幅度。我们还能够预测转移开始时的肿瘤大小，以及随后的侵袭性指的数量。我们的主动流体模型可能有助于描述更广泛的生物过程，包括伤口愈合和发育模式。
2018-09-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Conformations, correlations, and instabilities of a flexible fiber in an active fluid
受细胞核染色质运动启发，本文提出了浸没在活性力偶悬浮液中的长柔性聚合物多尺度模型，发现由流体动力学和排列相互作用驱动的取向不稳定性，揭示了活性与被动组分通过流固相互作用实现大尺度自组织的机制。
2024-02-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
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
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
Organization and instabilities of entangled active polar filaments
我们研究了由分子马达耦合的极性细丝的纠缠、各向同性解的动力学，所述分子马达在二维和三维中产生细丝的相对运动。考虑到排斥体积和纠缠，我们研究了恒定马达浓度下均匀态的稳定性。在低丝密度下，系统发展为密度不稳定性，而在高丝密度下，缠结效应驱动取向波动的不稳定性。
2002-07-12 cond-mat.soft
Curvature-driven instabilities in thin active shells
自发的材料形状变化，例如膨胀、生长或热膨胀，可用于触发薄壳中的显著弹性不稳定性。这些不稳定性起源于壳体的优选的外在曲率和内在曲率之间的几何不相容性，这可以通过分别穿过厚度和平面内的主动变形来修改。在这里，我们解决了这种不稳定性的最简单的可能模型，它假设壳是浅的，薄到足以弯曲，但不拉伸，并受到均匀的首选曲率。我们分别考虑高斯曲率为零、正、负的情况。我们识别出两种类型的超临界对称性破缺失稳，其中壳体的主曲率自发地分别破缺离散上下对称性和连续平面各向同性。这些然后被反转不稳定性和旋转不稳定性增强，反转不稳定性中，壳在上/下对称性破缺状态之间亚临界地跳跃，旋转不稳定性中，曲率在各向同性破缺状态之间旋转90度而不释放能量。每种不稳定性都有一个与厚度无关的阈值，用于与高斯曲率的平方根成比例的优选非本征曲率。最后，我们表明，各向同性破坏不稳定性的阈值是相同的深球冠，最近发表的数据吻合得很好。
2022-04-15 cond-mat.soft
Instabilities, defects, and defect ordering in an overdamped active nematic
我们考虑一个唯象连续理论的可扩展的，过阻尼的主动液晶，适用于在密集的制度。从一般原理构建，理论是普遍的，与任何特定的微观实现独立的参数。我们发现，它表现出弯曲不稳定性类似于在主动悬架，导致扩散的缺陷。我们发现三个不同的非平衡稳态：一个缺陷有序的双极型，其中$+\frac{1}{2}$向错发展极序，一个起伏的双极型状态，没有缺陷，和一个动荡的缺陷双极型。我们表征这些阶段的现象学，并确定这种理论描述的关系，实验实现和其他理论模型的活性向列相。
2015-06-10 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
Hydrodynamic stresses in a multi-species suspension of active Janus colloids
本研究通过系统粗粒化微观动力学，计算活性Janus胶体多物种悬浮液的流体动力学应力张量多组分贡献，揭示单物种系统应力强度的调控机制及多物种系统中活性对张量的修饰与非互易性的产生。
2025-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dehydration induced mechanical instabilities in active elastic spherical shells
主动弹性不稳定性是自然界中常见的现象，具有突然的机械变形的方面。通常，不稳定性机制的驱动力具有化学机械性质，这使得这些不稳定性与标准弹性不稳定性非常不同。本文描述和研究了一个封闭的球形膨胀壳在脱水过程中的主动弹性失稳。描述是通过几个数值实验的结果的基础上的应力扩散模型，允许一瞥的现象。这项研究是从化学力学的角度进行的，通过一些简化的假设，允许推导出一个半分析模型，该模型考虑到了应力状态和水的浓度进入壁的壳在发病时的不稳定性。此外，也被认为是不稳定的发病时，这是由于不可能瞬间改变充满水的腔体体积的腔体体积的不变性。结果表明，半解析模型与数值试验结果吻合得很好。它也示出了作为一个更广泛的机械不稳定性时，可以被认为是不均匀的壳，即使当的不均匀性可以由少量的参数来描述。
2020-11-12 cond-mat.soft
Dynamic clustering in active colloidal suspensions with chemical signaling
在本文中，我们实验研究了自推进胶体的致密活性悬浮体的相行为。除了观察到的固体状和气体状相的高密度和低密度，一种新的簇相的报告在中间密度。这是一种致密聚集体的静止集合体，其平均尺寸随着活动而增长，作为自推进速度的线性函数。虽然可以考虑不同的可能的dupi来解释这些观察结果-例如最近提出的通用速度减弱不稳定性-，我们表明，实验结果是由一个趋化聚集机制，最初引入考虑细菌聚集，并在这里考虑胶体游泳者之间的扩散泳化学相互作用。
2012-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Lamellar to micellar phases and beyond: when tactic active systems admit free-energy functionals
我们认为微观模型的活性粒子的速度，旋转扩散率，和翻滚率取决于局部场的梯度，这是外部施加或依赖于所有粒子的位置。尽管在微观尺度上的主动和被动动力学之间的根本差异，我们表明，一大类这样的战术主动系统承认波动的流体力学相当于那些相互作用的布朗胶体平衡。我们利用这一映射，以显示如何出租车可能会导致观察到的软排斥胶体的层状和胶束相。在背景下的趋化性，我们展示了如何之间的竞争化学引诱剂和chemorepelent可能会导致一个真正的平衡液-气相分离，其中流体的热力学稳定性的损失信号的开始趋化崩溃。
2020-07-08 cond-mat.soft
Hunting active Brownian particles: Learning optimal behavior
我们数值研究了活跃的布朗粒子，可以通过一小部分的行动（切换他们的运动和转向左或右相对于一些方向），这是最近的实验与胶体自推进Janus粒子的动机，以响应环境的线索。我们采用强化学习来找到粒子状态和这些动作之间的最佳映射。具体来说，我们首先考虑一个捕食者-猎物的情况下，猎物粒子试图避免捕食者。作为奖励的平方距离的捕食者，我们讨论了三个状态动作集的优点，并表明，远离捕食者是最成功的策略。然后，我们删除的捕食者和雇用集体奖励的信号分子渗出的所有粒子的局部浓度，并表明，对齐的浓度梯度导致趋化崩溃成一个单一的集群。我们的结果为获得活性物质中的局域相互作用规则和设计集体态提供了一条很有前途的途径。
2021-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Instabilities and Oscillations in Isotropic Active Gels
我们提出了一个通用配方的连续弹性的各向同性交联活性凝胶。凝胶由一个两组分模型组成的弹性网络耦合到渗透流体。活性由活性交联剂诱导，所述活性交联剂经历ATP活化循环并将力传递到网络。的开/关动力学的活性交联剂通过速率方程描述为未绑定和绑定电机。对于大的活动电机产生收缩不稳定的网络。在较小的活动值下，开/关电机动力学在网络上提供有效的惯性阻力，其对抗弹性回复力，导致自发振荡。我们的工作提供了一个连续的配方，统一了早期的肌肉肌节中的振荡微观模型和一个通用的框架，用于描述各向同性活性固体的大尺度特性。
2010-10-04 cond-mat.soft
Morphological instability of an invasive active-passive interface
School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学生物工程与应用科学学院）；Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院机械工程系）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）；Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University（哈佛大学生物与进化生物学系）
研究揭示了侵入性活性-被动界面的形态不稳定性机制，并通过理论模型和模拟验证了其控制可能性。
2026-02-10 cond-mat.soft q-bio.TO
Hydrodynamic instabilities in active cholesteric liquid crystals
本文描述了在胆甾相液晶中引入主方向沿局域指向矢的主动应力的基本性质和结果。螺旋基态被发现是线性不稳定的拉伸应力，没有阈值的限制，在无限大的系统尺寸，而收缩应力的流体动力学屏蔽的弹性给一个有限的阈值。这是证实数值和非线性后果的不稳定性，在伸展和收缩的情况下，进行了研究。我们还考虑了与缺陷相关的应力在pitch（$λ$线），并显示如何几何形状附近的缺陷产生阈值的流动，让人想起那些在活动向列相的缺陷。在大的可扩展活动$λ$线是自发创建的，并可以形成由恒定的活动流维持的稳态模式。
2017-01-18 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
Morphodynamics of Active Nematic Fluid Surfaces
在大变形极限条件下，建立了控制可变形曲面上主动粘性流体行为的形态动力学方程。重点放在制定的目标率，占正常的变形，同时确保切向流是欧拉，并使用的表面导数（而不是协变导数）的自由能，弹性耦合当地为了平面外弯曲的表面。专注于表面几何形状和它的动态相互作用与流体力学，几个说明性的不稳定性，然后表征。这些例子包括斯克里文-洛夫数及其近似的作用不可忽略的情况，以及主动的非线性强迫可以用Föppl-von-Kármán数的近似来表征的情况。对于前者，流动和变化的纹理耦合到表面几何形状的粘性耗散。结果表明，这导致在非平凡的松弛动力学的一个管。对于后者，在拉伸（主动起皱）和收缩（主动珍珠）的不稳定性的管形状，以及积极的弯曲不稳定性的拉伸自由能耦合到表面弯曲条款，在拉伸织构。与平面情况相比，这种弯曲不稳定性现在具有由管的非本征曲率设定的阈值。最后，我们研究了一个拓扑缺陷位于一个几乎平坦的表面上，并表明存在一个稳定的状态，缺陷的弹性，活动和不可忽略的自旋连接的组合驱动的表面形状的变化。
2023-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
