纳米/微机器群体的建模：内态与环境之间的相互作用

生物细胞的活动主要基于化学反应，通常建模为反应-扩散系统。然而，细胞内高度拥挤，充满包括酶等多种分子机器在内的巨分子。这些机器的工作循环常与其内部运动（构象变化）相耦合。在细胞拥挤环境中，邻近分子间的运动干涉不可忽略，且这种干涉可通过机器运作影响反应动力学。为模拟此类情形，我们提出一种反应-扩散模型，由形状依赖于内态变量的粒子组成，用于纳米至微尺度机器群体。邻近粒子间的干涉通过排除体积排斥自然引入。模拟中，我们观察到由相关分子被挤出而增强的分离与类流图案，以及分子同步波与相变。所提模型简单且可扩展至多种分子机械，并可作为研究细胞内机械应力/应变网络与化学反应网络间相互作用的框架。亦讨论了向更宏观系统（如细胞群体）的应用。