BIOPHYSICS RESEARCH DIGEST
生物物理科研日报
2026-10-26 · 完整自然日 · 精选 38 篇(期刊 23、预印本 15)
通过单分子捕获实现连续质量光度法
Continuous mass photometry by single-molecule trapping
Nature Methods · 第一作者:Dan Loewenthal
连续质量光度法将单个生物分子系留在支持脂质双层上,可持续数小时观察其复合与相互作用,并达到亚千道尔顿质量精度和毫秒时间分辨率。
推荐理由: 兼具单分子、膜界面与动力学测量突破,方法价值和生物物理相关性都很高。
化学反应网络的热力学空间
Thermodynamic Space of Chemical Reaction Networks
Physical Review X · 第一作者:Shiling Liang
作者定义并解析推导给定能量预算下化学反应网络可达稳态浓度的热力学空间,同时建立反应亲和力界限,以约束外部通量驱动网络的操作范围。
推荐理由: 直接研究生命化学网络的非平衡热力学约束,兼具普适理论与生物物理意义。
持续供给细胞的开放迁移系统中手性多臂螺旋的涌现
Emergence of chiral multi-armed spirals in an open system of migrating cells under continuous cell supply
Nature Communications · 第一作者:Masayuki Hayakawa
趋化缺陷的黏菌细胞形成厘米尺度顺时针多臂螺旋;实验显示短程极性对齐与微弱单细胞手性被持续细胞通量放大。开放手性 Vicsek 模型进一步指出内禀手性、极性对齐和持续供给是关键因素。
推荐理由: 这是开放活性物质中微观手性经集体序放大为宏观图样的直接实验—理论研究,和主线高度契合。
用于神经免疫调节癌症治疗的动态自适应软生物电子器件
Dynamically adaptive soft bioelectronics for neuro-immunomodulatory cancer therapy
Nature Communications · 第一作者:Wenliang Liu
作者构建可注射抗疲劳导电水凝胶、液态金属电极和无电池无线供能组成的迷走神经刺激器。在胰腺肿瘤小鼠模型中,慢性刺激抑制肿瘤生长转移并改变免疫微环境,增强抗 PD-1 疗效。
推荐理由: 将动态匹配软界面、无线器件与神经免疫调控结合,具明显软生物电子学新意。
体外结合能刻画 Klf4 在人类全基因组中的占据
In vitro binding energies capture Klf4 occupancy across the human genome
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Anne Schwager
研究先测量 Klf4 对大量 DNA 序列的物理结合能,再用含相邻界面耦合的 Ising 模型刻画非线性序列依赖;模型无需额外拟合即可预测单分子和全基因组占据。
推荐理由: 将定量结合实验、单分子测量与统计力学模型统一,直接揭示转录因子序列识别,相关性与新意都高。
介电表面间受限电解质排液中的流体动力
Hydrodynamic forces in the drainage of an electrolyte confined between dielectric surfaces
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Caroline Cramail
作者建立局域 Onsager 理论,描述带电曲面间电解质薄膜排液时流量、电荷与溶质通量的耦合,覆盖不同双电层重叠程度,并预测扩散动理学导致的保守刚度分量。
推荐理由: 直接连接受限软物质、电动流体与非平衡输运,理论相图和新刚度效应具有较高新意。
两个球形液滴早期聚并理论
Theory of the coalescence of two spherical liquid drops at early times
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Rodolfo Brandão
作者用匹配渐近法求解表面张力驱动的牛顿液滴早期聚并,给出桥颈增长、间隙形状及惯性向纯黏性相似解的跨越,并与数值模拟和实验吻合。
推荐理由: 液滴聚并是软物质界面动力学核心问题,该理论统一早期标度与跨越行为。
黏弹性剪切流中球形与扁球形颗粒的动力学
Dynamics of spherical and oblate particles in a viscoelastic shear flow
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Zhenyu Ouyang
数值研究显示,流体弹性会改变球形颗粒平衡位置、减慢扁球转动,并在惯性与弹性竞争下产生多种迁移—转动模式及可释放的锁定态。
推荐理由: 颗粒—黏弹性流耦合与软物质流变直接相关。
湍流边界层中内孤立波下方的旁路转捩
Bypass transition beneath internal solitary waves in turbulent boundary layers
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Andrés Posada-Bedoya
三维高分辨率模拟显示,背景湍流会绕过层流条件下的模态不稳定路径,激发近壁条带并经二次不稳定形成湍流爆发,使转捩位置向波谷移动。
推荐理由: 揭示自然环境中不同于层流模型的非平衡转捩机制。
超流氦纳米液滴中 Thomson 电荷构型的实空间成像
Real-Space Imaging of Thomson Charge Configurations in Superfluid Helium Nanodroplets
Physical Review Letters · 第一作者:Thomas Pohl
作者以金纳米颗粒标记超流氦液滴表面电荷,并通过电子显微镜印迹直接观察有限粒子数能量极小构型及曲率受挫的库仑结晶。
推荐理由: 球面受限、曲率挫折和自组装与软物质几何问题有明确交叉。
胎内活动模式与出生后睡眠行为的关联
Association of fetal activity patterns in utero with postnatal sleep behavior
Nature Communications · 第一作者:Andjela Markovic
连续可穿戴监测显示胎儿已出现与母体活动及昼夜节律对齐的日周期;胎儿昼夜睡眠比是出生后睡眠偏好的主要预测量,母体睡眠规律性亦相关。
推荐理由: 以长时间动力学数据研究早期节律形成,对生物物理有交叉价值,但样本量较小。
人类视觉皮层中时间特征绑定的神经极限
Neural limits of temporal feature binding in human visual cortex
Nature Communications · 第一作者:N Schönemann
高时间分辨率脑磁源定位表明,跨空间颜色—方向绑定依赖 V1/V2 约 120 毫秒的快速循环调制;当交替过快无法容纳该过程时表现降至随机水平。
推荐理由: 给出知觉绑定时间极限的具体神经动力学机制。
海洋冷泉高厌氧甲烷氧化速率的同位素键合记录
Global high rates of anaerobic methane oxidation at marine cold seeps recorded by isotope bonding in seep carbonates
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Scott T. Wieman
作者用冷泉碳酸盐中碳氧同位素键合建立厌氧甲烷氧化速率代理指标,并以模型及独立测量验证,估算全球现代冷泉甲烷消耗。
推荐理由: 涉及微生物代谢驱动的地球化学非平衡通量,对生物物理属相邻价值。
纳米量子传感器的固态激光制冷
Solid-state laser refrigeration of nanoscale quantum sensors
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Zhaojie Feng
实验将纳米金刚石和金纳米晶置于激光制冷陶瓷基底上,分别降低稳态工作温度约 25 K 和光热升温约 8.8 K。
推荐理由: 纳米传感与光热控制方法可支持生物物理测量,但主题偏量子与纳米光学。
自发复制叉坍塌调控野生型酵母端粒长度稳态
Spontaneous replication fork collapse regulates telomere length homeostasis in wild-type yeast
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Margherita Paschini
实验表明端粒处自发复制叉坍塌产生的底物比完整染色体末端更频繁地被端粒酶延长,并由 CST 与 RPA 复合物共同限制。
推荐理由: 揭示复制动力学与端粒稳态的新机制,具有分子生物物理价值。
可空间部署的铁氧化还原变阻器调节营养胁迫下的根生长
A spatially deployable iron redox rheostat tunes root growth under nutritional stress
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Joaquín Clúa
遗传扰动显示 CYBDOM 铁还原酶与 LPR 铁氧化酶构成拮抗模块,使根生长抑制随质外体铁积累定量变化,并伴随活性氧变化。
推荐理由: 呈现环境信号、氧化还原稳态与生长响应的连续控制,具有相邻生物物理价值。
可逆反应中位置特异同位素特征的演化
Position-specific isotope signatures evolve during a reversible reaction
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Cornelia Rasmussen
作者以葡萄糖变旋为模型,用 NMR 同时追踪异构体比例及各位点碳同位素比,直接观察非平衡反应中动力学与平衡同位素效应的演化。
推荐理由: 为化学反应非平衡动力学提供时间分辨实验,具相邻价值。
资源驱动的滞后期释放触发最快、最大规模海岸植物入侵
Resource-driven release from lag phase triggers the world’s fastest and largest coastal plant invasion
Proceedings of the National Academy of Sciences · 第一作者:Zhenpeng Ge
研究结合野外实验、人口动力学理论和历史记录,指出沉积物累积通过削弱资源调控的 Allee 效应,提高克隆与有性繁殖并结束互花米草入侵滞后期。
推荐理由: 以定量种群动力学解释生态转变,具有统计生物物理的相邻价值。
有向扩展范围渗流
Directed extended-range percolation
Physical Review E · 第一作者:Wenbo Liu
作者提出有向扩展范围渗流,用消息传递方法说明当可信节点可经有限长度有向路径连接时,方向性反而可简化阈值和临界行为的求解。
推荐理由: 网络渗流理论具有统计物理价值,但应用和生物物理主线较间接。
温度依赖黏度和各向异性热扩散下倾斜多孔介质中 Darcy–Forchheimer 对流的起始
The onset of Darcy–Forchheimer convection in an inclined porous medium with the temperature dependence of viscosity and anisotropic thermal diffusivity
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Pallawi Bharti
作者通过线性与非线性稳定性分析及数值特征值计算,研究内热源、倾角、黏度温度依赖和热扩散各向异性如何改变临界瑞利数与流动模态。
推荐理由: 属于多孔介质非平衡对流稳定性研究,对流体方向有具体价值。
时间发展湍流边界层中小尺度剪切层的标度
Scalings of small-scale shear layers in temporally developing turbulent boundary layers
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Yonggi Park
直接数值模拟揭示剪切层嵌入双轴应变,并给出对数层、外层与缓冲层中速度跃变和厚度的不同 Kolmogorov 或黏性标度。
推荐理由: 为湍流小尺度结构及控制提供定量标度,属重要相邻流体研究。
明渠流中的二次流与超大尺度运动:展弦比效应
Secondary currents and very-large-scale motions in open-channel flows: effect of flow aspect ratio
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Yifan Zhu
大涡模拟区分侧壁二次流不稳定、普通大尺度运动与超大尺度运动主导的空间区域,并展示这些区域随宽深比变化及相互隔离的机制。
推荐理由: 系统刻画受限湍流的多尺度组织,对流体动力学读者有价值。
渐变过滤器中的耦合输运与吸附:非散度自由效应的多尺度分析
Coupled transport and adsorption in graded filters: A multi-scale analysis of non-solenoidal effects
Journal of Fluid Mechanics · 第一作者:Václav Klika
作者对缓慢变化孔隙率的近周期过滤介质进行多尺度均匀化,引入浓度—流速耦合的修正不可压条件,并分析孔隙梯度、堵塞和边界条件对过滤效率的影响。
推荐理由: 多孔软介质中的耦合输运与吸附具有明确交叉价值。
主动运动与润湿协同调节液—液相分离
Active motility and wetting cooperatively regulate liquid-liquid phase separation
arXiv · 第一作者:Dixi Yang
细菌—水相两相体系实验和流体模拟显示,界面润湿把细菌运动耦合到相分离动力学:高葡聚糖比例下旋转流抑制液桥和粗化,较低比例下润湿桥促进链状及分支聚集。
推荐理由: 把活性流、润湿与相分离形貌选择统一起来,是主线高度相关且机制清晰的研究。
预印本,尚未经同行评议。
界面细菌驱动自由悬浮活性液滴旋转
Interfacial bacteria-driven rotation of free-floating active droplets
arXiv · 第一作者:Dixi Yang
实验与流体粒子模拟显示,铜绿假单胞菌富集在两水相界面并沿切向运动;界面定位将力偶分配到两相,使单相获得有限主动转矩而整体保持转矩平衡,从而驱动无边界液滴自主旋转。
推荐理由: 给出细菌推进经液—液界面转化为宏观转动的清晰机制,是活性液滴的重要进展。
预印本,尚未经同行评议。
马达散粒噪声解释单根纤毛中的主动涨落
Motor shot noise explains active fluctuations in a single cilium
arXiv · 第一作者:Maximilian Kotz
理论表明有限数量分子马达的结合数涨落足以解释纤毛搏动精度和纤毛内部同步相位缺陷,将微观马达噪声与介观非平衡振荡直接联系。
推荐理由: 聚焦主动生物马达的随机涨落与集体动力学,和研究主线高度一致。
预印本,尚未经同行评议。
嵌入染料对 SMC 蛋白 DNA 环挤出的影响
Intercalator effects on DNA loop extrusion by SMC proteins
bioRxiv · 第一作者:Analikwu, B. T. · 通讯作者:Cees Dekker
单分子实验系统比较四种嵌入染料,显示其可使 DNA 变硬、部分中和电荷并降低 SMC 结合与 ATPase 活性;环挤出定性机制保留,但定量动力学受影响。
推荐理由: 直接量化常用成像探针如何改变 DNA 力学和主动分子马达过程,对单分子活性生物物理很重要。
预印本,尚未经同行评议。
均匀屈服与剪切带屈服中屈服应力流体的多尺度动力学
Multiscale dynamics in yield stress fluids during homogeneous and shear-banded yielding
arXiv · 第一作者:P. Edera
作者结合振荡流变与梯度分辨粒子追踪,比较均匀屈服微凝胶和形成稳态剪切带的致密乳液,并将长程弹道流与局域 Fick 扩散分离,发现两者作用于相同示踪粒子。
推荐理由: 直接检验屈服、剪切带与微观涨落机制,是高度相关的非平衡软玻璃研究。
预印本,尚未经同行评议。
非老化液态泡沫中基本塑性事件驱动的应力松弛
Stress Relaxation Driven by Elementary Plastic Events in Non-Ageing Liquid Foams
arXiv · 第一作者:F. Schott
快速 X 射线断层流变测量显示,停止流动后剪切应力、塑性活动和配位数呈稳健线性关系;松弛由单个塑性事件持续时间控制并近似指数衰减,而非长程级联。
推荐理由: 提供无热非晶软物质应力松弛的直接微观证据,相关性和新意均高。
预印本,尚未经同行评议。
各向异性带电球之间电荷调节静电相互作用的闭式理论
A closed-form theory of charge-regulated electrostatic interactions between anisotropically charged spheres
arXiv · 第一作者:Anže Božič
作者在线性 Poisson–Boltzmann 框架下统一处理球形胶体表面电荷斑块与 pH 响应,推导平均场和涨落相互作用,并预测中性各向异性粒子靠近时可诱导净单极电荷和取向分支分裂。
推荐理由: 直接适用于蛋白质与斑块胶体的电荷调节和取向相互作用,是重要软物质理论。
预印本,尚未经同行评议。
吸收相变附近同步控制的输运:受驱颗粒单层的有效 Enskog 动力学
Synchronization-controlled transport near an absorbing transition: Effective Enskog kinetic theory of a driven granular monolayer
arXiv · 第一作者:David González Méndez
作者将振动边界同步效应纳入状态依赖碰撞规则,建立受驱颗粒单层活性相的 Enskog 理论,并由 Chapman–Enskog 展开得到输运系数。
推荐理由: 直接研究耗散颗粒体系中同步、吸收转变和宏观输运的联系,主线相关性高。
预印本,尚未经同行评议。
刚性颗粒诱导弹性体复合材料异常软化
Rigid Particle-Induced Anomalous Softening in Elastomer Composites
arXiv · 第一作者:Yonghyun Cho
作者发现刚性颗粒在富溶胶弹性体中可主动引导凝胶化,使承载网络拓扑重构并随颗粒增加反而软化;结构模型捕捉了该行为在不同颗粒体系中的起始。
推荐理由: 以凝胶网络拓扑解释反常力学响应,是软材料设计中的新颖机制。
预印本,尚未经同行评议。
含可溶表面活性剂的弱黏弹性降膜中的热—溶质 Marangoni 不稳定性
Thermosolutal Marangoni instabilities in a weakly viscoelastic falling film with soluble surfactant
arXiv · 第一作者:Sanghasri Mukhopadhyay
作者结合 Orr–Sommerfeld 分析、长波极限和五场加权残差模型,研究弹性记忆及热、溶质 Marangoni 应力对失稳阈值和非线性波的影响。
推荐理由: 黏弹性、表面活性剂与界面失稳耦合,和软物质流动主线高度相关。
预印本,尚未经同行评议。
秀丽线虫神经系统中的多聚谷氨酰胺聚集由随机成核驱动
Polyglutamine aggregation in the C. elegans nervous system is driven by stochastic nucleation events
bioRxiv · 第一作者:van Schijndel, V. · 通讯作者:Tessa Sinnige
荧光显微和数学模型表明,多聚谷氨酰胺在单个神经元内通过随机初级成核发生;伴侣蛋白 DNAJB6 强烈抑制聚集,支持成核限制机制。
推荐理由: 把体内蛋白聚集与随机成核动力学定量联系,是高度相关的生物统计物理研究。
预印本,尚未经同行评议。
IQGAP1 作为细胞连接关键黏附模块潜在破坏者的作用
Understanding the role of IQ motif-containing GTPase-activating protein 1 as a potential disruptor of the essential adhesion module at cell-cell junctions
bioRxiv · 第一作者:Biswas, N. · 通讯作者:Amit Das
研究结合牵引分子动力学等方法,探究 IQGAP1 与 α- 连环蛋白竞争结合 β- 连环蛋白并破坏钙黏蛋白—皮质肌动蛋白机械连接的分子机制。
推荐理由: 直接涉及细胞连接的受力调控与分子黏附竞争,和细胞力学生物物理高度相关。
预印本,尚未经同行评议。
磷脂翻转能垒的结构决定因素
Structural Determinants of the Energetic Barrier of Phospholipid Flip-Flop
bioRxiv · 第一作者:Vuorte, M. I. · 通讯作者:Maisa Ilona Vuorte
作者用 Martini 3 计算七百余种膜—脂质组合的翻转自由能垒,系统区分头基、连接键、脂肪链及膜环境对自发翻转的贡献。
推荐理由: 大规模自由能图谱直接回答膜不对称动力学的核心软物质问题,方法与数据价值高。
预印本,尚未经同行评议。
随机薄膜方程的微观推导及其双层与蒸发扩展
Microscopic Derivation of Stochastic Thin-Film Equation and Extensions to Two-Layer and Evaporating Films
arXiv · 第一作者:Toby Kay
作者从 N 粒子哈密顿动力学经涨落动力密度泛函理论自下而上推导随机薄膜方程,并自然扩展到多层界面及蒸发等非守恒机制。
推荐理由: 把微观热涨落与介观界面动力学严格连接,是非平衡软界面理论的重要工作。
预印本,尚未经同行评议。
单轴向列与各向同性液晶高次谐波光谱的理论描述
Theoretical description of high-harmonic spectroscopy for uniaxial nematic and isotropic liquid crystals
arXiv · 第一作者:Simon Vendelbo Bylling Jensen
作者以半经验紧束缚模型描述不同液晶相中的高次谐波响应,指出分子间电子杂化可用于读取向列指向矢和序参量。
推荐理由: 为液晶序和超快电子动力学提供新型光谱探针,软物质相关性高。
预印本,尚未经同行评议。
依据标题与摘要整理;论文链接指向原始出处。