Partículas ativas interagindo por meio da regulação química e mecânica da motilidade
Matéria ativa, física biológica, quorum-sensing, interações estéricas, comportamento de fase
Muitos organismos, como bactérias, células e insetos, exemplificam componentes de sistemas ativos. Uma estratégia de
comunicação que adotam é a detecção química da presença de outros, um processo conhecido como quorum sensing. Esse
mecanismo regula a motilidade para alcançar condições benéficas, como forrageamento e proteção, controlando a distribuição
espacial. No entanto, seu movimento pode ser restringido por interações mecânicas, incluindo tamanho ou formato físico. Isso
pode levar ao acúmulo de partículas, onde o movimento persistente e as interações químicas reduzem sua velocidade efetiva,
gerando diversos padrões espaço-temporais. Investigamos o comportamento de agregação de partículas ativas que interagem
por meio de repulsão estérea de curto alcance e regulação da motilidade via quorum sensing, onde a velocidade de
autopropulsão diminui com o aumento da densidade local. Por meio de simulações e modelagem teórica, revelamos dois
comportamentos de fase reentrantes: um impulsionado pela persistência e outro pela sensibilidade ao quorum sensing. A
reentrada surge da competição entre a atração efetiva, induzida pelo quorum sensing, e o movimento persistente. Com base em
uma teoria cinética que descreve a fração de partículas em agregados, elucidamos as origens físicas desses comportamentos
reentrantes. Além disso, identificamos distintos regimes de separação de fases, variando da nucleação e crescimento ao
coarsening de géis ativos.