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正规澳门赌场网址张何朋课题组发现细菌集体运动的新模式

最近,张鹤鹏的研究小组及其十大网赌网站物理与天文学与自然科学学院的合作者利用实验,理论和数值方法对细菌菌落的拓扑缺陷和集体运动进行了实验研究。研究结果发布于12月。 28日,在线发表在美国国家科学院院刊[www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1812570116]上,该论文的标题是:“细菌活性nematics的数据驱动定量建模” 。

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活跃物质是当前物理学跨学科研究中的一个新兴学科。这种系统的组成部分具有自驱动能力,通过从自身或环境储备中消耗能量来实现各种形式的运动;典型的例子包括人,鸟,鱼和昆虫的宏观尺度,移动细胞的微观尺度,细菌和人造微纳米马达。活性物质的组成可以通过相互作用形成丰富的非平衡动力过程,如集体运动,相分离等,使系统具有许多特殊性质,如大密度波动和自发流动。

许多活跃的人具有棒状形状。在高密度条件下,这种类型的系统在有序区域之间呈现局部取向和拓扑缺陷。前人的理论研究表明,拓扑缺陷对系统集体运动的动态特性具有决定性的影响。缺陷的产生 - 淬火过程控制系统的时空特性;这个重要的理论预测在梭形细胞和微管系统中。获得了初步的实验验证。然而,由于过早的理论参数和缺乏系统的测量,没有进行严格的实验 - 理论定量比较,这阻碍了该领域的进一步发展。

为了解决这个问题,张鹤鹏的研究小组及其合作者首先利用长细菌构建了一个新的实验系统,准确测量了系统的运动和方向场,并调整了细菌的长度和速度,以获得系统的实验数据。通过对实验数据的分析,他们不仅可以准确地测量全局时空动态,还可以量化单个拓扑缺陷的统计和运动特征,揭示几个拓扑缺陷的新特性。结合实验结果,研究人员构建了一个新的理论模型。与之前的模型相比,新模型的物理图像清晰,参数更少。充分利用获得的实验结果,可以准确地确定模型中的所有重要参数,并进行实验 - 理论定量比较,证明了新模型的合理性;这些结果为活性物质的定量研究奠定了坚实的基础。

这项工作主要由博士完成。来自苏州大学的学生李鹤,石夏青和法国原子能机构(CEA)的Hugues Chate提供了理论指导。深圳市高级研究院刘晨利在细菌基因操作方面提供了帮助。 。该研究工作得到了国家自然科学基金,上海市科学技术委员会和教育委员会的支持。

论文链接:http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1812570116

作者: 张鹤鹏 进纸器: 物理与天文学院