Red de flujo activo

Una red de flujo activo es un grafo con aristas y nodos, donde las partículas dentro de este grafo son impulsadas por un mecanismo activo. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Este tipo de red se utiliza para estudiar el movimiento de moléculas en un medio biológico. Ejemplos son los orgánulos , incluido el retículo endoplasmático (RE). ^{[ 3 ]} El mecanismo del flujo entre nodos es impulsado activamente, a diferencia del transporte pasivo por difusión. ^{[ 4 ]} El transporte activo requiere consumo de energía, que se encuentra en forma de ATP en los sistemas biológicos. El moho mucilaginoso Physarum polycephalum también crece como una red ^{[ 5 ]} , donde el movimiento dentro de este es impulsado por un flujo activo.

El transporte unidireccional recuerda a los trenes, los automóviles o las comunicaciones (internet, teléfono), donde existe una capacidad limitada debido a la cantidad máxima de mercancías que pueden viajar dentro de una rama que conecta dos nodos. ^{[ 6 ]}

Las arterias y venas generan una red donde el flujo sanguíneo es pulsado por el ciclo de contracción del corazón. El flujo se suele modelar utilizando mecánica de fluidos compleja ( ecuaciones de Navier-Stokes ) que pueden acoplarse a la estructura. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Los glóbulos rojos también se transportan dentro de estas redes ^{[ 9 ]} y la alta resistencia a la presión podría deberse en parte a la obstrucción del tráfico de glóbulos rojos , pero también a la capilaridad (las mayores caídas de presión ocurren en los vasos más pequeños), especialmente en el cerebro. ^{[ 10 ] [ 11 ]} El flujo sanguíneo es un proceso activo modulado además por la actividad neuronal . ^{[ 12 ]}

En electrónica, los diodos o resistencias forman redes que consumen energía eléctrica. Se utilizan teorías basadas en la teoría matemática de grafos y la teoría de la velocidad de reacción fisicoquímica para cuantificar las redes de flujo activo que conservan la masa. ^{[ 1 ]} También se han introducido redes de diodos en problemas de percolación mediante la construcción de sitios reticulares vecinos que transmiten conectividad o información en una sola dirección. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Las redes de flujo activo dentro del retículo endoplasmático se representan mediante un grafo (G,N), con N nodos conectados por uniones. Dos escalas de tiempo dan lugar a dos propiedades opuestas, ya que una arista puede cambiar aleatoriamente de una dirección a la opuesta: 1) el tiempo que tarda una arista en cambiar de dirección y 2) el tiempo que tarda en moverse de una arista a la siguiente. Esto da lugar a dos fenómenos:

Captura

una partícula ya estaba en el nodo y una arista cambia un número par de veces entre los instantes de transición, o la partícula estaba previamente en el nodo y había cambiado a un nodo vecino antes de regresar al nodo considerado.

Retroceder

Una partícula puede regresar al nodo del que proviene, perdiendo así tiempo al visitar nuevamente el nodo anterior. Sin embargo, en la red, esta probabilidad se ve afectada por la dirección de la arista.

Bajo estos dos efectos (atrapamiento y retroceso), la exploración de la red es más lenta en comparación con una red unidireccional, donde tal situación no ocurre. ^{[ 15 ]} Los modelos AFN se pueden utilizar para interponer datos extraídos por recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo , trayectorias de partículas individuales o fotoactivación .