非晶固体作为一种缺乏长程有序结构的材料，在现代材料科学与生物物理学领域具有极其重要的地位。它们的力学行为复杂多样，尤其是在经历不同类型的物理和化学处理时，性能表现出显著差异。近年来，关于活性退火（activity-induced annealing）在非晶固体中的影响成为研究热点，尤其集中于该机制如何促使材料由韧性（ductile）转变为脆性（brittle）。这一现象不仅揭示了材料内部微观结构的演变规律，也为理解生物组织的成熟与损伤提供了新的物理视角。活性退火指的是内部自驱动粒子运动对非晶固体能量状态的调节过程，这种动态过程类似于传统的热退火，但驱动力由材料内在的活动能产生。通过计算模拟和实验研究，科学家发现活跃粒子的内部运动能够促进玻璃体系向更低能量的态迁移，表现出“强化老化”效应。
这种老化使材料更紧密地堆积，微观缺陷如柔性区域（soft spots）逐渐减少，导致整体结构刚性增强，失去了韧性所需的变形能力，表现为脆性断裂特征。研究表明，活性退火的效果依赖于退火前材料的初始状态，尤其是玻璃的初始能量态。能量偏高的非晶态对活性退火更为敏感，表现出明显的能量降低和结构优化；而已处于较低能量态的材料退火效果相对有限。此外，活性退火的效率还取决于两个关键参数，即内部驱动力的强度和持续时间。驱动力强度超过一定临界阈值后，材料状态迅速演变，损失了原有的准备历史，进入流化状态，即从固态转变为流态。而持续时间的合理优化可以最大化能量降低效果，表现出非单调性，这意味着存在一个“最佳活动周期”，过长或过短均会限制活性退火的性能。
活性退火过程与周期性剪切（oscillatory shear）下的玻璃变形表现存在惊人的相似性。二者均展现出能量状态的逐渐降低、记忆效应的形成以及临界现象，如临界缓慢收敛至稳态。特别地，活性退火过程中的“应力反转”非常关键，类似于周期性剪切中的应力逆转阶段，是驱动系统跳出局部能量陷阱、寻找更低能量态的主要推动力。这种物理机制的揭示，不仅深化了我们对非晶态物质内部结构动力学的理解，也强化了活性玻璃作为活性物质研究平台的理论基础。在生物学领域，活性退火为解释细胞组织成熟与硬化现象提供了新思路。许多组织在发育和老化过程中表现出刚性增强、组织结构致密化的趋势，而这种变化与细胞间或细胞内部活性粒子的运动密切相关。
通过模拟活性退火对微结构的影响，研究者揭示了活性对组织力学性能调控的潜在作用，帮助理解诸如组织流化、伤口愈合及疾病进展等现象。此外，活性退火导致的韧性-脆性转变对于生物组织的力学稳定性具有重要影响。例如，骨骼和软组织承受不同的力学负荷，其失效模式（断裂或拉伸损伤）也因此不同。活性粒子的内在动力可使组织由柔软韧性状态演化为硬而脆的状态，对组织力学性质的调控起到关键作用。另一方面，通过调控活性粒子的参数，可实现对应力带（shear bands）形成的促进或抑制，从而影响断裂模式和失效过程。这为设计软硬材料一体化的仿生智能材料提供了重要理论支持。
数值模拟方面，使用三维Kob-Andersen模式的二元混合玻璃体系，活性动力模拟采用“跑和翻滚”（run and tumble）方法，分别赋予小尺寸粒子持续时间和活体推动力。通过系统性的参数扫描，研究施加不同强度和持续时间的活性外驱力对非晶固体结构和力学性能的影响。计算结果表明，活性退火过程伴随着体系潜能的显著降低，且能量变化曲线在达到临界活性强度时呈现出分叉和合并现象，清晰标识出韧性到脆性的转变边界。实验验证方面，活性软物质及生物组织样本通过高分辨力学载荷实验和粒子追踪技术，成功捕捉到活性动力对材料刚性和破裂模式的调控效应。特别是在不同样品几何形状下，活性粒子的作用对应力分布和剪切带形成产生了显著影响，验证了模拟中几何效应的重要角色。活性退火推动理解复合力学行为及设计先进功能材料的边界，为未来材料自我修复、智能响应和生物兼容性优化提供了理论基础。
在生物医学领域，这类非线性机械响应的内在机制有望促进疾病诊断和治疗策略的创新，尤其针对组织刚性变化相关的病理进程如癌症转移和纤维化。总结来看，活性退火作为非晶固体宏观力学性质的调控手段，揭示了内部活动如何通过微观结构调整实现材料软硬性能的跨尺度转变。其在生物物理与材料科学中的交叉应用，不仅促进了基础科学的进步，也带来了广阔的应用前景。未来的研究亟需深入探索多重记忆效应的存储机制、温度与活性协同作用对退火效率的影响及更加复杂活性系统中的非平衡动力学规律，以期全面掌握活性非晶物质的物理本质及其应用潜力。
