活性物质的合成趋化与集体行为

综述：在化学梯度中导航的能力，称为趋化性，对微生物的生存至关重要。它使它们能够寻找食物并逃离毒素。许多微生物能够自己产生其所响应的化学物质，并利用趋化性进行信号传递，这可视为一种基本的交流形式。值得注意的是，过去十年中出现了合成微游动器的发展，例如自驱动 Janus 胶体，它们可以像细菌和其他微生物一样通过溶剂自推进。其自推进机制涉及某些化学物质的产生。参与自推进机制的同一化学物质也作用于其他微游动器，并使其游动方向偏向（或远离）产生该物质的微游动器。因此，合成微游动器提供了趋化性运动微生物的合成类比。当这些相互作用为吸引时，即使在低粒子密度下也常导致团簇。这些团簇可能走向宏观相分离（类似于盘基网柄菌的聚集），或者，正如最近所展示的，导致自限制大小的动态团簇（动态聚集），正如自驱动 Janus 胶体实验中所见。除吸引性化学相互作用这一经典情形外，本述评以其为主要焦点，讨论了排斥性化学相互作用，这为活性系统中的图案形成开辟了一条新颖且鲜为人知的途径，导致多种图案，包括被化学物外壳包围的团簇、行波以及更复杂的持续重塑图案。在所有这些情况下，“合成信号”可关键地决定合成微游动器集合的集体行为，并可用作在运动活性粒子中创造图案的设计原理。