Chemical reaction motifs driving non-equilibrium behaviours in phase separating materials
Chemical reaction motifs driving non-equilibrium behaviours in phase separating materials
复制标题
驱动相分离材料非平衡行为的化学反应基序
DOI：
10.1098/rsif.2023.0117
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发表时间：
2023
影响因子：
3.9
通讯作者：
Franco, Elisa
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Osmanović, Dino;Franco, Elisa
从生物学到材料科学的各个领域都涉及到相分离系统的化学反应。然而，一组特定的化学反应（化学反应网络，CRN）如何影响相分离系统的行为在理论上很难完全预测。在本文中，我们分析了将crn耦合到相分离和非相分离材料组合系统的平均场理论，并分析了crn的性质如何影响不同类型的非平衡行为：微相分离或时间振荡模式。通过对雅可比矩阵的统计分析，研究了实现微相分离凝聚体的问题，其中最重要的基序是相分离组分的负反馈和非相分离组分的联合抑制/激活。然后，我们通过检查随机生成的网络和参数来确定可能产生微相的CRN基序。相分离基序的分子隔离被证明是最稳健的产生微相分离。随后，我们发现，通过诱导与相分离种耦合的扩散组分的振荡，最容易促进相分离种的动力学。我们的研究结果为crn的设计提供了指导，这些crn可以控制隔室的形成、溶解和组织。
Chemical reactions that couple to systems that phase separate have been implicated in diverse contexts from biology to materials science. However, how a particular set of chemical reactions (chemical reaction network, CRN) would affect the behaviours of a phase separating system is difficult to fully predict theoretically. In this paper, we analyse a mean field theory coupling CRNs to a combined system of phase separating and non-phase separating materials and analyse how the properties of the CRNs affect different classes of non-equilibrium behaviour: microphase separation or temporally oscillating patterns. We examine the problem of achieving microphase separated condensates by statistical analysis of the Jacobians, of which the most important motifs are negative feedback of the phase separating component and combined inhibition/activation by the non-phase separating components. We then identify CRN motifs that are likely to yield microphase by examining randomly generated networks and parameters. Molecular sequestration of the phase separating motif is shown to be the most robust towards yielding microphase separation. Subsequently, we find that dynamics of the phase separating species is promoted most easily by inducing oscillations in the diffusive components coupled to the phase separating species. Our results provide guidance towards the design of CRNs that manage the formation, dissolution and organization of compartments.
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影响因子：
16.6
作者：
Chan, Ho Yin;Lubchenko, Vassiliy
通讯作者：
Lubchenko, Vassiliy
DOI：
10.1098/rsif.2021.0255
发表时间：
2021-06
期刊：
Journal of the Royal Society, Interface
影响因子：
--
作者：
Kirschbaum J;Zwicker D
通讯作者：
Zwicker D
影响因子：
3.5
作者：
Blanchini, Franco;Franco, Elisa;Giordano, Giulia
通讯作者：
Giordano, Giulia
反应的非平衡相分离：典型模型及其行为
DOI：
10.1088/1742-5468/ab7e2d
发表时间：
2020
期刊：
Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment
影响因子：
--
作者：
Yuting I. Li;M. Cates
通讯作者：
M. Cates
具有许多相互作用组分的流体中的相分离
DOI：
10.1073/pnas.2108551118
发表时间：
2021
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
--
作者：
Shrinivas, Krishna;Brenner, Michael P.
通讯作者：
Brenner, Michael P.