Abstract Developing physical methods to modulate biomolecular clusters and condensates on cell membranes is of great importance for understanding physiological and pathological processes as well as for stimulating novel therapeutic strategies. Here, we propose an effective means to control receptor condensation on the cell membrane via specific adhesion to a supported lipid bilayer (SLB) with nanoscale topography. The specific adhesion is mediated by receptors in the cell membrane that bind their ligands anchored in the SLB. Using Monte Carlo simulations and mean-field theory, we demonstrate that the nanoscale topography of the SLB can enhance condensation of the receptors associated with lipid nanodomains. Our results indicate that SLBs with nanoscale topography proves an effective physical stimulus for tuning condensation of membrane adhesion proteins and lipids in cell membranes, and can serve as a feasible option to control and direct cellular activities, e.g., stem cell differentiation for biomedical and therapeutic applications.

This paper proposes a method for classifying crystal planes based on the bond angle characteristics of quartz unit cells and constructs an etch rate model for quartz crystal planes at both macro and micro scales. By omitting oxygen atoms from the quartz cell structure, a method based on bond angle characteristics was established to partition the atomic arrangement of the crystal surface. This approach was used to analyze the etching processes of typical quartz crystal planes (R, r, m, and (0001)), approximating the etching process of crystals as a cyclic removal of certain bond angle characteristics on the crystal planes. This led to the development of an etch rate model based on micro-geometric parameters of crystal planes. Additionally, using the proposed bond angle classification method, the common characteristics of atomic configurations on the crystal plane surfaces within the X_cut type were extracted and classified into seven regions, further expanding and applying the etch rate model. The computational results of this model showed good agreement with experimental data, indicating the rationality and feasibility of the proposed method. These also provide a theoretical basis for understanding the microstructural changes during quartz-based MEMS etching processes.

To investigate the axial compression behavior of composite columns with high-strength concrete-filled steel tube flanges and honeycombed steel web (STHHC) under load during freeze–thaw cycles, 48 full-scale composite column specimens were designed with different parameters: the restraint effect coefficient (ξ), concrete strength (fcu), number of freeze–thaw cycles (nd), slenderness ratio (λ), space–height ratio (s/hw), and hole–height ratio (d/hw). The finite element models of STHHC composite columns were simulated using ABAQUS finite element software (Version: 2021). The modeling method’s rationality was verified by comparing simulation results with experimental outcomes. Based on the finite element model, a parametric analysis of the composite columns under freeze–thaw cycles was conducted, analyzing their failure modes and load-bearing processes. The results indicate that the bearing capacity of the STHHC increased with increases in ξ and fcu, and decreased with a rise in λ. In contrast, the influence of s/hw and d/hw on the ultimate bearing capacity of the composite columns was relatively minor. An equation for calculating the axial bearing capacity of the STHHC composite columns under freeze–thaw cycles was derived using statistical regression methods and considering the impact of different parameters on the axial compressive performance of the composite columns, laying the foundation for the promotion and application of this type of composite column in practical engineering projects.

Energy dissipation exoskeletons present an effective intervention for enhancing seismic resilience of building structures, yet their operational safety was notably compromised by temperature variations due to their external arrangement. Addressing this issue, this study proposed an out-of-plane deformable X-shaped energy dissipation brace (OPD-XEDB), integrating an out-of-plane X-shaped brace with a shear-type metallic damper, designed to mitigate thermal stress through out-of-plane deformation while preserving energy dissipation efficiency. To explore the out-of-plane deformation and hysteretic behavior of OPD-XEDB, thermal and quasi-static tests were conducted on three specimens with different damper web thickness, complemented by numerical analyses to evaluate the performance of OPD-XEDB compared to conventional X-shaped energy dissipation brace (XEDB) without out-of-plane configuration. The thermal tests and numerical analyses revealed that the out-of-plane configuration in OPD-XEDB enabled X-shaped braces to generate intended out-of-plane displacement by gusset plates bending. This behavior led to a significant reduction of 86.39–90.88 % in temperature-induced axial forces within the braces and their interconnected moment frames compared to the XEDB, validating the effectiveness of the out-of-plane configuration in thermal stress mitigation. Moreover, the quasi-static tests demonstrated that the damper web thickness significantly impacted the failure modes and hysteretic behavior, where appropriately strengthening could prevent tension factures and enhance energy dissipation, while excessive strengthening could trigger brace buckling, diminishing energy dissipation by 65.44–69.95 %. Furthermore, introducing an out-of-plane configuration with a specified angle, as employed in the OPD-XEDB for the prototype building, was proved to exhibit minimal impact on the hysteretic performance and energy dissipation mechanism of the bracing system, confirming the configuration's effectiveness in seismic applications.