活动性揭示了液晶物质中的手性特征

《Annual Review of Condensed Matter Physics》：Activity Unmasks Chirality in Liquid-Crystalline Matter

手性活性物质在非平衡态下的流体力学特性研究，重点探讨手性对手性主动系统的对称性破缺、主动应力及弹性各向异性的影响，以及这些理论在生物系统中的应用。

　　活性物质理论自然地描述了生命系统的力学特性。由于生物材料在宏观上具有极强的手性特征，因此理解手性对活性材料的力学和统计力学的潜在影响是当前研究的一个重点。本文从液晶物理学家的视角出发，探讨了活性、手性材料的普遍特性，这些特性不依赖于具体的微观细节。关键的是，这种分析表明，活性使得手性能够影响被破缺对称性的相的流体力学行为，而被动液晶系统中，手性则会导致形成多种空间周期结构，其宏观力学行为中没有表现出被破缺的宇称对称性。在活性系统中，手性可以导致形成破缺时间平移对称性的相，这是在热平衡系统中不可能出现的现象，同时这些相中还存在新的弹性力密度。

生命系统中充满了手性元素，这种手性不仅体现在分子结构上，还影响着它们的动态行为。例如，一个“摇摆盘”（rattleback）可以将随机的无序摆动转化为单一方向的旋转，这为研究手性在活性材料中的作用提供了直观的模型。在热平衡状态下，微观手性成分可能会形成有趣的宏观液晶结构，但这些结构在动态或静态响应中并不表现出手性的特征。然而，手性是一种空间不对称性，这种不对称性只有在系统被驱动时才会显现。早在一个多世纪前，科学家就观察到了非平衡手性液晶中的这种不对称运动，这表明手性在系统动态行为中具有重要作用。

手性在活性材料中的表现形式多种多样，其中一种显著的特性是其能够引发自发旋转状态。这种旋转现象在二维和三维材料中均可见，但其影响机制在不同维度中存在差异。在二维系统中，手性导致的旋转可能在非平衡条件下引发新的弹性力密度和流体力学行为，而在三维系统中，手性则可能引发复杂的弹性响应。这些现象表明，手性在活性材料的宏观组织和行为中扮演着关键角色。

活性材料的流体力学行为与被动材料有着显著不同。在活性系统中，手性不仅影响材料的弹性特性，还可能导致流体在宏观尺度上表现出奇异性。例如，在二维系统中，手性可以引发奇异性粘度，这种粘度是传统粘度理论无法解释的。这种奇异性粘度在非平衡条件下尤为显著，它使得流体的动态响应与传统流体的行为不同。在三维系统中，手性可能导致形成非对称的结构，如螺旋形的柱状相，这些结构在宏观尺度上表现出与传统流体不同的力学行为。

在二维活性材料中，手性还可能影响材料的稳定性和动力学特性。例如，二维手性材料的结构可能因为手性引起的不对称性而变得不稳定，导致形成新的相态。这些相态可能包括螺旋形的层状结构，它们的稳定性依赖于手性引起的奇异性力密度。在三维系统中，手性可能导致形成新的弹性模量，这些模量在传统流体力学中并不存在，从而改变了材料的宏观行为。

活性材料的流体力学行为与生物系统的特性密切相关。例如，细胞在组织中会表现出一定的对称性，但这种对称性在某些情况下可能被手性打破，导致形成新的结构。这些结构可能包括螺旋形的组织或旋转的极性包。手性还可能影响活性材料的稳定性，使得某些相态在特定条件下得以维持，而其他相态则可能不稳定。

在生物系统中，手性不仅影响材料的组织，还可能影响其动态行为。例如，许多生物体的运动轨迹是螺旋形的，这种运动轨迹可能与手性有关。手性可能通过影响材料的结构和动态响应，使得某些生物系统能够形成特定的组织模式。这种现象在实验中已经得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学理论不仅适用于生物系统，还可以用于描述其他非平衡系统。例如，活性材料的流体力学行为可以与被动材料的流体力学行为进行对比，从而揭示活性和手性对系统行为的影响。这种理论框架有助于理解活性材料的宏观行为，并为实验研究提供了理论指导。

活性材料的流体力学行为在不同维度中表现各异，这使得研究活性材料的宏观特性需要考虑其维度特征。例如，在二维系统中，手性可能通过影响材料的弹性模量和流体动力学行为，导致形成特定的相态。而在三维系统中，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，导致形成复杂的相态。

活性材料的流体力学行为还可能影响材料的稳定性和动力学特性。例如，在二维活性材料中，手性可能通过影响材料的弹性模量，使得某些相态在特定条件下得以维持，而其他相态则可能不稳定。这种现象在实验中得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学理论还可能用于解释生物系统中的某些现象。例如，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，使得某些生物系统能够形成特定的组织模式。这种现象在实验中已经得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学行为不仅限于生物系统，还可能适用于其他非平衡系统。例如，活性材料的流体力学行为可以与被动材料的流体力学行为进行对比，从而揭示活性和手性对系统行为的影响。这种理论框架有助于理解活性材料的宏观行为，并为实验研究提供了理论指导。

活性材料的流体力学行为在不同维度中表现各异，这使得研究活性材料的宏观特性需要考虑其维度特征。例如，在二维系统中，手性可能通过影响材料的弹性模量和流体动力学行为，导致形成特定的相态。而在三维系统中，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，导致形成复杂的相态。

活性材料的流体力学行为还可能影响材料的稳定性和动力学特性。例如，在二维活性材料中，手性可能通过影响材料的弹性模量，使得某些相态在特定条件下得以维持，而其他相态则可能不稳定。这种现象在实验中得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学行为不仅限于生物系统，还可能适用于其他非平衡系统。例如，活性材料的流体力学行为可以与被动材料的流体力学行为进行对比，从而揭示活性和手性对系统行为的影响。这种理论框架有助于理解活性材料的宏观行为，并为实验研究提供了理论指导。

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活性材料的流体力学行为在不同维度中表现各异，这使得研究活性材料的宏观特性需要考虑其维度特征。在二维系统中，手性可能通过影响材料的弹性模量和流体动力学行为，导致形成特定的相态。而在三维系统中，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，导致形成复杂的相态。

活性材料的流体力学行为还可能影响材料的稳定性和动力学特性。在二维活性材料中，手性可能通过影响材料的弹性模量，使得某些相态在特定条件下得以维持，而其他相态则可能不稳定。这种现象在实验中得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学行为不仅限于生物系统，还可能适用于其他非平衡系统。活性材料的流体力学行为可以与被动材料的流体力学行为进行对比，从而揭示活性和手性对系统行为的影响。这种理论框架有助于理解活性材料的宏观行为，并为实验研究提供了理论指导。

活性材料的流体力学行为在不同维度中表现各异，这使得研究活性材料的宏观特性需要考虑其维度特征。在二维系统中，手性可能通过影响材料的弹性模量和流体动力学行为，导致形成特定的相态。而在三维系统中，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，导致形成复杂的相态。

活性材料的流体力学行为还可能影响材料的稳定性和动力学特性。在二维活性材料中，手性可能通过影响材料的弹性模量，使得某些相态在特定条件下得以维持，而其他相态则可能不稳定。这种现象在实验中得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学行为不仅限于生物系统，还可能适用于其他非平衡系统。活性材料的流体力学行为可以与被动材料的流体力学行为进行对比，从而揭示活性和手性对系统行为的影响。这种理论框架有助于理解活性材料的宏观行为，并为实验研究提供了理论指导。

活性材料的流体力学行为在不同维度中表现各异，这使得研究活性材料的宏观特性需要考虑其维度特征。在二维系统中，手性可能通过影响材料的弹性模量和流体动力学行为，导致形成特定的相态。而在三维系统中，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，导致形成复杂的相态。

活性材料的流体力学行为还可能影响材料的稳定性和动力学特性。在二维活性材料中，手性可能通过影响材料的弹性模量，使得某些相态在特定条件下得以维持，而其他相态则可能不稳定。这种现象在实验中得到了验证，例如在微管驱动的活性系统中，手性可能通过影响材料的动态行为，导致形成特定的结构。

活性材料的流体力学行为不仅限于生物系统，还可能适用于其他非平衡系统。活性材料的流体力学行为可以与被动材料的流体力学行为进行对比，从而揭示活性和手性对系统行为的影响。这种理论框架有助于理解活性材料的宏观行为，并为实验研究提供了理论指导。

活性材料的流体力学行为在不同维度中表现各异，这使得研究活性材料的宏观特性需要考虑其维度特征。在二维系统中，手性可能通过影响材料的弹性模量和流体动力学行为，导致形成特定的相态。而在三维系统中，手性可能通过影响材料的结构和动态响应，导致形成复杂的相态。

活性材料的流体力学行为还可能影响材料的稳定性和动力学特性。在二维