近日，上海交通大学物理与天文学院王宇杰课题组在《物理评论快报》上发表了题为“Connecting packing efficiency of binary hard sphere systems to their intermediate range”的论文。
硬球系统是研究诸如液体、胶体和金属玻璃等多粒子体系的重要模型，在统计力学和材料科学研究中有重要的地位。过去人们利用硬球系统研究玻璃化转变，经常使用粒径大小弱多分散系统，在抑制液体结晶的同时，也保持其结构接近已经被广泛研究的粒径大小一致的单分散系统。前期研究表明，粒径比和组分比的不同，局部结构可以表现出惊人的多样性。而理解这种结构不仅有助于理解通常高度多分散的颗粒物质性质，还可以帮助理解多组分体系（如金属玻璃）的非晶形成能力。然而，多分散硬球体系的理论描述非常复杂，现有的结构分析理论也缺乏在中程尺度上描述体系的结构的手段，并且在实验中也难以精准控制粒径比和避免由于大小差异导致的相分离。由于这些困难，目前对于粒径比及组分比如何影响多分散硬球体系的堆积密度及结构的认知还很匮乏。
王宇杰课题组与法国蒙彼利埃大学Walter Kob和西安交通大学张真合作，利用X射线断层扫描技术来研究不同大小比、组分比的双分散硬球堆积的三维结构。采用一种新的理论方法来表征系统结构，确定了其结构静态关联尺度。实验结果证明粒子的结构实际上比预期要有序的多——结构的空间关联实际能延伸到非常远的距离。这项实验揭示的结构对称性，在以往工作中都没有被认识到。研究结果表明，在无序体系中，高效的堆积与短结构关联长度直接对应。同时证明新的理论方法是一种表征多组分无序系统结构的强有力新方法，不仅有助于提高我们对无序系统的理解，而且为设计新的自组装材料和玻璃系统提供了新的思路。
论文第一作者是王宇杰课题组博士生袁后非和西安交通大学助理教授张真，通讯作者为王宇杰教授和法国蒙彼利埃大学Walter Kob教授。该工作得到了国家自然科学基金No. 11974240与上海市科委项目No. 19XD1402100支持。
王宇杰课题组与瑞金医院张欢课题组合作，在液态环境下模拟胃癌细胞在淋巴液中的转移过程，并通过激光共聚焦显微镜研究了它们的迁移运动。研究发现细胞主要通过自身的活性驱动扩散，这是胃癌细胞可以轻松迁移的主要原因之一。实验发现，高密度的胃癌细胞表现出类似于分子原子玻璃体系的集体动力学行为。具体地，随着细胞密度的增加，细胞的运动变慢，并表现出动力学异质性，这表明生理环境中癌细胞的异质性不仅仅可以来源于生物因素，也有可能是物理机制导致的。这是首次对液相中的癌细胞开展动力学的实验研究，结果有助于我们理解癌细胞在淋巴中转移的机制，有助于早期诊断胃癌淋巴结转移，并为临床治疗提供新的见解。
论文第一、二作者分别是是瑞金医院张欢课题组博士生姜江和王宇杰课题组博士生曾志坤，通讯作者为王宇杰教授和瑞金医院张欢教授。该工作得到了国家自然科学基金No. 11974240，No.81771789，上海交通大学医工交叉基金项目No. ZH2018QNA52，No. YG2021QN08与上海交通大学科技创新基金项目No. 21 X 010200829支持。
论文链接： Phys. Rev. E 104, 064402 (2021) - Collective dynamics of gastric cancer cells in fluid (aps.org)
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