A lipid bound actin meshwork organizes liquid phase separation in model membranes
真核细胞膜连接到致密的富含肌动蛋白的皮质。我们目前的FCS和STED实验表明，致密的膜结合肌动蛋白网络有严重的影响，脂质相分离。一个最小的肌动蛋白皮质通过生物素化的脂质链霉亲和素复合物（钉扎位点）结合到支持的脂质双层。在一般情况下，肌动蛋白结合到三元膜防止宏观液体有序和液体无序域的形成，即使在低温下。相反，根据钉扎脂质的类型，观察到肌动蛋白相关的多结构域模式。FCS测量显示，在肌动蛋白网络的存在下，脂质的扩散受阻。为了解释我们的实验结果，提出了一个新的模拟模型，在该模型中，膜的组成，膜的曲率，和肌动蛋白钉扎位点都耦合。我们的研究结果揭示了细胞如何防止其膜组分宏观分层，同时调节局部膜组成的机制。
2014-02-19 cond-mat.soft
Enhanced roughness of lipid membranes caused by external electric fields
在外部电场的存在下的脂膜的行为进行了研究，并用于检查膜参数，如粗糙度等领域的影响，并显示，对于一个微尺寸的膜，粗糙度的增长，作为字段的增加。的抗弯刚度上的电场的依赖关系也进行了研究，并提出了在游离盐溶液中的脂质膜周围的累积电荷的厚度的估计。
2007-05-17 cond-mat.soft
Protein induced lipid demixing in homogeneous membranes
特定的脂质环境对于在膜中建立蛋白质信号平台是必要的，但它们的起源一直备受争议。我们提出了一个连续的，精确可解的模型蛋白质诱导的局部分层的脂膜。局部组合物和膜的局部厚度之间的耦合诱导包含物周围的脂质结构域与疏水性失配，甚至对于高于膜的可溶解性临界点的温度。该模型定性地解释了实验观察到的形成脂质结构域诱导锚定的重组肌动蛋白在平面支持的脂质双层。
2021-10-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Elastic moderation of intrinsically applied tension in lipid membranes
脂质膜的张力通常由外部控制，通过拉动膜的边界或改变穿过弯曲膜的渗透压。但是张力的改变也可以以内部方式诱导，例如作为改变膜电势的副产品，或者如实验观察到的，通过膜蛋白的活性。在这里，我们开发了一个理论，证明如何通过弹性拉伸膜时，膜最初是在一个低张力松弛状态，这种内部贡献的张力是缓和的。
2010-10-20 cond-mat.soft
Effective Attraction Interactions between Like-charge Macroions Bound to Binary Fluid Lipid Membranes
利用积分方程理论的液体二元混合流体脂质膜，我们研究了膜介导的大离子之间的相互作用和中性和带电的脂质由于结合大离子的重新分配。我们发现，当结合大离子浓度无限稀释时，对大离子间吸引势的主要贡献是膜中性脂与带电脂之间的线张力，而桥连效应也对吸引力有贡献。随着带电脂质的相对浓度的增加，我们观察到一个排斥-吸引-排斥的潜在转变，由于脂质的线张力和屏蔽静电大离子-大离子相互作用之间的竞争。对于有限浓度的大离子，吸引的主要特征类似于无限稀释的情况。然而，由于形成带电脂质-大离子复合物的相互作用，在这种情况下，由单个大离子诱导的重新分布的二元脂质的线张力降低，并且吸引势的最大值将向带电脂质浓度的较高值移动。
2006-11-04 cond-mat.soft
Supported lipid membranes with designed geometry
细胞和细胞内区室的膜曲率不断适应，使细胞能够执行从细胞分裂到信号运输的重要功能。了解膜的几何形状如何影响这些过程在体内是具有挑战性的，因为膜的复杂性，以及所涉及的时间短，长度小的尺度。相比之下，具有工程曲率的体外模型膜为这种研究和生物传感和生物计算的应用提供了多功能平台。然而，一个一般的路线，以规定的曲率和高空间分辨率的脂质膜的制造仍然是失踪。在这里，我们提出了一种克服这些挑战的策略，并通过结合3D微打印和复制成型光刻来创建具有几乎任何几何形状和高空间分辨率的支架，从而实现具有设计形状的脂质膜。所得的支撑脂质膜是均匀的、流体的，并且可以形成化学上不同的脂质结构域。这些特征对于理解曲率依赖的细胞过程和开发活细胞和纳米结构的可编程生物界面至关重要。
2021-02-17 cond-mat.soft
Lipid Flip-Flop Driven Mechanical and Morphological Changes in Model Membranes
我们研究，使用耗散粒子动力学模拟，模型流体双层膜上的活性脂质触发器的效果。我们认为这两种情况下的对称以及不对称的触发器。对称翻转导致膜的稳定状态，其有效温度高于平衡膜的有效温度，有效表面张力低于平衡膜的有效表面张力。不对称翻转导致膜的瞬时构象变化，其形式为芽或泡形成，这取决于翻转速率。
2008-08-23 cond-mat.soft
Charge-induced phase separation in lipid membranes
实验研究了含负电荷脂质的脂质双层中的相分离。我们观察到相分离的结构，并确定在几个二元和三元脂质混合物的不饱和中性脂质，二油酰磷脂酰胆碱（DOPC），饱和中性脂质，二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC），不饱和带电脂质，二油酰磷脂酰甘油（DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$），饱和带电脂质，二棕榈酰磷脂酰甘油（DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$），和胆固醇的膜溶解温度。在饱和和不饱和带电脂质的二元混合物中，带电头部与烃尾部的饱和度的组合是膜相分离稳定性的主导因素。DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$增强相分离，而DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$抑制相分离。此外，将DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$加入DPPC/胆固醇的二元混合物中诱导富含DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$和富含胆固醇的相之间的相分离。这表明胆固醇的定位强烈依赖于亲水性头部基团上的电荷，而不是烃尾部的排序。最后，当DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$加入到DOPC/DPPC/胆固醇的中性三元体系（传统的膜筏模型）中时，产生三相共存。最后，我们讨论了一些定性的特点，在带电膜的相行为，使用自由能的方法。
2014-08-19 cond-mat.soft
Phase diagrams and ordering in charged membranes: Binary mixtures of charged and neutral lipids
我们提出了一个模型描述的相行为的双组分膜组成的二元混合物的带电和中性脂质。我们考虑到结构相变（主过渡）的烃链，并调查之间的相互作用，这种相变和横向相分离。带电脂质的存在显著影响多组分膜的相行为。由于脂质分子体积守恒，带电脂质的主转变温度低于中性脂质。此外，与中性脂质的二元混合物相比，带电脂质的二元混合物中的膜相分离被抑制，与最近的实验一致。我们区分两种类型的带电膜：带电饱和脂质/中性不饱和脂质的混合物和中性饱和脂质/带电不饱和脂质的混合物的第二种情况。相应的相行为的计算和显示是非常不同的。最后，我们讨论了盐的加入对相分离的影响和脂质分子面积的温度依赖性。
2016-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding the mechanisms of supported lipid membrane reshaping into tubular networks using quantitative DIC microscopy
Cardiff University（卡迪夫大学）
本研究通过定量DIC显微镜揭示了支持脂质膜在不同温度下形成管状网络的生物物理机制，探讨了脂质相变对膜结构重塑的影响。
2025-12-29 cond-mat.soft physics.optics
Perfluorooctanoic acid rigidifies a model lipid membrane
我们报告了一个组合的动态光散射和中子自旋回波（NSE）研究囊泡组成的磷脂1，2-dimyristoyl-sn-glycero-3-磷脂酰胆碱的影响下，不同量的全氟辛酸。我们研究当地的脂质双层波动使用NSE的时间尺度高达200纳秒。类似的胆固醇引起的效果，我们归因于所观察到的脂双层硬化的全氟化合物的膜上的冷凝效果。
2014-05-05 cond-mat.soft
Membrane Stretching Elasticity of Lipid Vesicle and Thermal Shape Fluctuations
测定模型脂膜的弯曲弹性模量的最广泛使用的方法之一是分析近球形脂囊泡的形状波动。米尔纳和赛峰给出了这种分析的理论基础。在他们的理论中，没有考虑拉伸效应。在本研究中，我们推广了他们的方法，包括后推导出的统计力学的囊泡的应用程序的拉伸效果。
2017-12-28 cond-mat.soft
Tear of Lipid Membranes by Nanoparticles
随着纳米技术的出现，人们对健康的关注急剧上升，因为人们发现纳米尺寸的颗粒可以到达细胞腔。血浆和细胞器脂质膜暴露于进入和吞噬的纳米颗粒，是可能破坏的主要目标。然而，报道的粘附、内陷和纳米颗粒（NP）嵌入不会损害膜的完整性，从而排除了作为毒性机制的直接双层损伤。这里显示，脂质膜可以被足够小的纳米颗粒撕裂，从而揭示了脂质膜如何通过从纳米颗粒撕裂而受损的机制。令人惊讶的是，通过暴露于纳米颗粒的脂质体的低温透射电子显微镜（cryo-TEM）的可视化也揭示了通过颗粒丰度防止脂质体撕裂。膜破坏的结果，因此从一个微妙的颗粒膜的相互作用，在这里阐明。这为纳米颗粒对脂质双层的影响的理论机制提供了更坚实的分子基础，并为更好地评估纳米颗粒毒性铺平了道路。
2020-01-02 cond-mat.soft
Anomalous diffusion of proteins in sheared lipid membranes
我们使用粗粒度的分子动力学模拟来研究嵌入跨膜蛋白的剪切脂质膜的扩散特性。在没有蛋白质的膜中，我们发现在所有流动条件下脂质的正常面内扩散。蛋白质包埋膜的行为完全不同：通过施加一个简单的剪切流和滑动的单层膜上的其他，蛋白质簇的运动成为强烈的超扩散在剪切方向。在这种情况下，亚扩散区是主要垂直于流动。我们表明，超扩散是一个结果，加速混沌运动的蛋白质-脂质复合物内的膜空隙，这是由疏水性失配或蛋白质的脂质运输。
2013-08-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes
我们研究了电荷对巨单层囊泡（GUV）的膜形态的影响，这些囊泡由含有带电脂质的各种混合物组成。我们通过荧光和共聚焦激光显微镜观察了由中性不饱和脂质[二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）]、中性饱和脂质[二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）]、带电不饱和脂质[二油酰磷脂酰甘油（DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$）]、带电饱和脂质[二棕榈酰磷脂酰甘油（DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$）]和胆固醇（Chol）组成的脂质混合物中的膜形态。在中性DOPC/DPPC和带电DOPC/DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$的二元混合物中，形成球形囊泡。另一方面，用由DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$和DPPC组成的GUV经常观察到孔形成。在DPPC/DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$ /Chol三元混合物中，也经常观察到孔形成的囊泡。成孔囊泡的百分比随着DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$浓度的增加而增加。此外，当通过添加盐来筛选带电脂质的头基电荷时，在二元和三元带电脂质混合物中孔形成的囊泡都被抑制。我们讨论了带电脂质混合物中孔形成的机制以及相分离与膜形态之间的关系。最后，我们再现了实验系统中看到的结果，通过使用粗粒度的分子动力学模拟。
2016-01-07 cond-mat.soft
Cracking donuts and sorting lipids: Geometry controls archaeal membrane stability and lipid organization
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究通过分子动力学模拟探讨古菌膜结构与曲率的关系，发现双层膜能维持所有曲率，而刚性双头脂质单层膜则会改变囊泡形状或破裂，揭示曲率-组成耦合是古菌膜重塑的物理特征。
2026-04-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Label-free imaging of cholesterol and lipid distributions in model membranes
近几十年来，脂膜已成为研究细胞膜生物物理学和生物化学的标准模型。生物膜内脂质结构域的询问通常通过外源化学探针用荧光显微镜进行。然而，大多数荧光团具有有限的分配可调性，其中大多数分离在生物学上最不相关的结构域（即，低密度液体区域）。因此，形成膜的大多数非标记脂质的分子水平的图片仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了简单的，无标记的成像域形成的脂质单层，在解开所有域类型的脂质和胆固醇组合物的化学选择性。利用传统的振动对比度在自发拉曼成像，结合化学计量学分析，允许检查含有饱和脂质，不饱和脂质和胆固醇的三元系统。我们确认荧光显微镜观察到的功能，并提供了前所未有的分析胆固醇分布在单膜水平。
2018-03-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamic simulations of multicomponent lipid membranes over long length and time scales
我们提出了一个多组分脂质双层的随机相场模型，明确占准二维流体动力学环境独特的薄流体膜浸没在水溶液中。动态范围广泛的长度尺度（从纳米到微米）的持续时间长达数秒和更长的时间很容易访问，并提供了一个直接比较荧光显微镜测量三元脂质/胆固醇混合物。相分离动力学的模拟结果与实验结果一致，并阐明了流体力学在粗化过程中的重要性。
2011-05-24 cond-mat.soft
A Poisson-Boltzmann approach for a lipid membrane in an electric field
在非线性（Poisson-Boltzmann）机制下，研究了非导电准平面脂膜在电解质和静态（DC）电场中的行为.由于在膜脂质和双层中的电荷的静电效应导致在这里分析的膜弹性模量的校正。我们表明，特别是在低盐限，i）由于德拜层的静电贡献的膜的表面张力跨越从二次行为的外部施加电压的线性电压制度。ii）由于德拜层对膜的弯曲模量的贡献对于高电压饱和。然而，由于有效的负表面张力的线性Debye-Hückel理论预测的膜波动不稳定性，坚持在非线性，高电压制度。
2010-04-16 cond-mat.soft
Determination of Elastic Parameters of Lipid Membranes with Molecular Dynamics: A Review of Approaches and Theoretical Aspects
脂质膜在活生物体中是丰富的，在那里它们构成细胞及其细胞器的包围壳。有许多情况下，其中涉及的脂质膜的变形在活细胞：融合和裂变，膜介导的膜内含物之间的相互作用，脂质-蛋白质相互作用，孔的形成等，在所有这些情况下，弹性参数的脂质膜是重要的膜变形的描述，因为这些参数确定的能量障碍和特征时间的膜参与的现象。自分子动力学（MD）发展以来，人们提出了多种用于模拟脂膜弹性参数测定的计算机模拟方法。这些MD方法允许考虑在实验技术中无法实现的细节，并代表了一个独特的科学领域，这是迅速发展。这项工作提供了一个审查这些MD的方法，侧重于理论方面。确定了两个主要的挑战：（i）从弹性理论的连续描述到MD模拟的离散表示的过渡中的模糊性，以及（ii）脂质混合物的固有弹性参数的确定，这是复杂的，由于组合物曲率耦合效应。
2022-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Propagation of a Thermo-mechanical Perturbation on a Lipid Membrane
本文研究了声波在以水为载体的脂单分子膜上的传播。由于脂质膜的体积、面积和可压缩性的变化具有生物相关性，因此观察到的声音传播是至关重要的。然而，它是未知的会发生在脂质双层，这是一个更近似的模型的细胞膜。为了回答这个相关问题，我们建立了一个实验装置来组装长人工脂质膜。我们发现，如果这些膜被加热，以迫使局部熔化，热机械扰动传播了很长的距离。我们的研究结果可能支持孤立波的存在，假设解释传播的等熵信号与动作电位在神经元中。
2017-05-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Equilibrium microphase separation in the two-leaflet model of lipid membranes
提出了一种新的脂质膜的双叶描述。在此框架内，分析了多组分生物膜中的相分离现象。如我们所示，小叶之间的相互作用倾向于抑制宏观相分离（即，脂质的完全分层）。相反，可以发生以形成平衡纳米级域为特征的微相分离。相图的构建和数值模拟揭示不同形态的纳米结构进行。
2015-11-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Simulating Curved Lipid Membranes Using Anchored Frozen Patches
Department of Materials Science and Engineering, Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格雷恩工程学院材料科学与工程系）
本文提出一种通过锚定冻结平衡膜片段引入任意曲率的方法，用于模拟弯曲脂双分子层，验证了该方法在平膜上的有效性，并探讨了曲率与膜不对称性的耦合效应及对膜形态和性质的影响。
2025-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Electrodiffusion of Lipids on Membrane Surfaces
脂质和蛋白质的随机横向移位是膜表面上的普遍过程。当这种横向随机扩散由静电相互作用和膜曲率介导时，可以诱导脂质和蛋白质的局部聚集或组织。虽然测量了脂质在不同组成的膜上的横向扩散速率，并计算了预定蛋白质-膜-脂质系统的静电自由能，但聚集和向静电有利状态演化的过程仍然不确定。在这里，我们提出了一个电扩散模型，基于自由能泛函的变分原理，膜表面的多个物种的带电脂质的自洽横向漂移扩散。有限尺寸的脂质建模，以执行膜表面上的脂质浓度的几何约束。一个表面有限元方法，适当的Laplace-Beltrami算子的偏微分方程（PDE）的模型。我们的模型正确地描述了膜表面脂质的饱和度，并正确地预测了MARCKS肽可以通过其碱性氨基酸残基连续地螯合三个多价的磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（\pip 2）脂质，即使在膜上存在大部分单价磷脂酰丝氨酸（PS）。PDE的溶液也显示了脂质螯合的盐依赖性。
2012-05-24 cond-mat.soft math.AP physics.bio-ph
Fluctuation mediated interactions due to rigidity mismatch and their effect on miscibility of lipid mixtures in multicomponent membranes
我们考虑如何膜的波动可以修改的脂质混合物的可溶解性，也就是说，如何修改的边界约束膜的相图时，膜被允许自由波动的情况下，零表面张力。为了使波动产生影响，不同的脂质类型必须具有不同的高斯刚性。我们发现，有点矛盾，波动引起的相互作用可以近似地处理在平均场型理论。我们的计算预测，根据不同的弯曲和高斯刚性的脂质，膜波动可以有利于或不利于混合。
2014-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Undulation instability in a bilayer lipid membrane due to electric field interaction with lipid dipoles
双层脂质膜（BLM）是所有生物系统的重要组成部分，形成细胞和细胞器与周围环境的功能屏障。形成膜的脂质分子含有永久性和诱导性偶极，当横向场足够强时，电场可以诱导孔的形成（电穿孔）。在这里，一个现象学的自由能被构造来模拟BLM对横向静态电场的响应。该模型包含一个连续描述的膜偶极子和头群偶极子和膜倾斜之间的耦合。膜被发现变得不稳定，通过屈曲模式，这是弱耦合到膜的厚度波动。厚度波动，随着膜屈曲产生的界面面积的增加，增加了局部膜破裂的可能性，这可能导致孔的形成。的不稳定性被发现强烈依赖于偶极头基和膜倾斜之间的耦合的强度，以及偶极有序的程度在膜。
2010-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Spontaneous Lipid Binding to the Nicotinic Acetylcholine Receptor in a Native Membrane
烟碱乙酰胆碱受体（nAChR）和其他五聚体配体门控离子通道（pLGIC）是天然的神经元膜与一个不寻常的脂质组成。虽然这是公认的，这些受体可以显着调制的脂质，基本机制已主要研究模型膜只有几个脂质种类。在这里，我们使用粗粒度的分子动力学（MD）模拟探测在一个复杂的准神经元膜的脂质的特异性结合。我们对由36种脂质组成的膜中的单个nAChR进行了总共50微秒的模拟。多种脂质物质之间的竞争产生复杂的分布。我们发现，总体而言，胆固醇选择凹intersubunit网站和PUFAs选择凸M4网站，而单不饱和和饱和脂质不富集在nAChR边界。为了表征结合到特定的网站，我们提出了一种新的方法来计算“密度阈值亲和力”从连续的密度分布。我们发现，M4的亲和力减弱与链刚性，这表明柔性链可能有助于放松圆锥形蛋白质形状造成的包装缺陷。对于任何位点，PE头基具有所有磷脂头基中最强的亲和力，但阴离子脂质仍如预期的那样产生对M4位点的中等高亲和力。我们观察到阴离子头基和饱和链之间的合作效应在M4网站的内部小叶。我们还分析了个别阴离子头基的亲和力。结合起来，这些见解可以调和几个明显矛盾的实验中的作用，阴离子磷脂调节nAChR。
2021-02-03 cond-mat.soft
Lipid membranes with an edge
考虑一个边缘自由暴露的脂质膜。描述这种膜的能量是其几何形状的外在曲率的二次函数;描述边缘的能量与其长度成比例。在本说明中，我们确定的边界条件所满足的平衡膜上的这一边缘，利用变分原理。推导是免费的膜几何形状的对称性的任何假设。相对于早期的工作轴对称配置，我们发现存在一个额外的边界条件，这是完全满足的限制。通过考虑在边缘处操作的力的平衡，我们提供了边界条件的物理解释。最后，我们讨论的效果，除了高斯刚性项的膜。
2002-03-15 cond-mat.soft
Biomimetic membranes of lipid-peptide model systems prepared on solid support
膜活性肽的结构及其与脂质双层的相互作用可以在沉积在固体基质上的定向脂质膜中进行研究。这样的系统对于许多表面敏感技术是期望的。在这里，我们专注于X射线和中子反射率的结构表征，并给出了在样品制备和测量的最新进展的帐户。我们发现，在薄膜中的介观无序的程度可以显着影响的散射曲线。静态缺陷应通过优化制备技术来最大限度地减少，并且在建模时必须考虑到它们的存在。举例说明了丙甲霉素和爪蟾抗菌肽在不同磷酸胆碱的双层。
2015-04-09 cond-mat.soft
Dynamics of Spontaneous Wrapping of Microparticles by Floppy Lipid Membranes
脂质膜形成细胞内外和许多亚区室之间的屏障。因此，它们结合到各种各样的纳米和微米尺寸的物体上，并且在存在强粘合力的情况下，强烈变形并包裹颗粒。这种包裹在许多健康和疾病相关的过程中起着关键作用。到目前为止，很少有工作集中在包装过程的动态。在这里，使用一个模型系统的微米级的胶体颗粒和巨大的单层脂质囊泡与可调的粘附力，我们测量的速度的颗粒在其包装过程中，以及施加在它的力的脂质膜。在接触线处的耗散似乎是决定包裹速度和包裹物体的时间的主要因素。
2021-08-30 cond-mat.soft
Protein driven lipid domain nucleation in biological membranes
脂筏是细胞膜上的异质动态脂质结构域，参与多种生物过程，如蛋白质和脂质特异性转运和信号传导。我们对脂筏形成的理解仍然是有限的，这是由于这些结构域{ \it in vivo}的瞬时和难以捉摸的性质，与在人工膜中观察到的稳定的相分离结构域相反。受实验结果的启发，突出了跨膜蛋白的脂筏的相关性，我们研究了粗粒度的分子动力学和伊辛模型模拟脂质结构域成核。我们发现，跨膜蛋白的存在下，可以触发脂质结构域成核在一个平坦的膜，否则混合脂质相。此外，我们研究的脂质结构域中的蛋白质的扩散的作用表明，其流动性受到阻碍的存在下的筏。因此，我们的粗粒度分子动力学和伊辛模型模拟的结果一致地支持跨膜蛋白在脂质结构域的形成和稳定性中发挥的重要作用。
2020-02-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dual effect of cholesterol on interfacial water dynamics in lipid membranes: Interplay between membrane packing and hydration
The University of Osaka（大阪大学）
研究揭示胆固醇对脂质膜界面水动力学的非单调影响，通过分子动力学模拟发现胆固醇通过改变膜 packing 和水合区域密度调控水分子动力学特性。
2025-12-15 cond-mat.soft
Lipid membrane domains control actin network viscoelasticity
本文研究嵌入粘弹性肌动蛋白网络中的二维脂质膜凝聚体，发现网络各向异性应力使凝聚体形成三角形形貌，且相分离粗化加速网络弛豫，通过调控膜组成可控制材料弹性-粘性转变。
2024-10-22 cond-mat.soft
Theory of the asymmetric ripple phase in achiral lipid membranes
我们提出了一个唯象理论的相变在非手性脂膜中的两个耦合的序参量-一个标量序参量描述的脂链熔化，和一个矢量序参量描述的链熔化过渡以下的烃链的倾斜。现有的理论模型不能解释相图的所有观察到的特征，特别是位于流体和倾斜凝胶相之间的不对称波纹相的详细微观结构。相比之下，我们的双组分理论再现了波纹相的所有显著结构特征，提供了相图和微观结构的统一描述。
2010-11-15 cond-mat.soft
Lateral pressure profile in lipid membranes with finite curvature and mechanosensitive channel gating
本文综述了有限曲率脂膜侧压力分布的解析计算方法。推导是基于先前开发的柔性弦的微观模型[1，2]。根据该理论，每单位链的能量被认为是柔性弦（有限厚度的欧拉弹性梁）的能量，链之间的相互作用被认为是熵排斥。这种微观理论允许获得的侧向压力分布在弯曲的脂质膜的表达，如果处理的弯曲作为一个小的偏离，从平坦的膜构象和使用小参数L0 J的微扰理论，其中L0是单层厚度，J是膜的平均曲率。由于侧向压力分布与脂质双层的弹性性质有关[3]，因此侧向压力的第一自发力矩和弯曲模量的表达式可以从该理论模型导出。最后，基于弯曲脂质膜中侧向压力分布的解析表达式，可以解析地获得机械敏感通道（特别是MscL）的两种状态之间的能量差[4，5，6]。计算的表达式取决于界面表面张力、疏水内部和水性环境之间的区域中的通道面积变化以及弯曲模量和自发弯曲力矩值。
2016-07-07 cond-mat.soft
Dissipative particle dynamics simulation of critical pore size in a lipid bilayer membrane
我们用计算机模拟研究了脂双层膜中孔的临界半径。Ilton等人（2016）最近表明，均聚物膜中的成核孔可以增加或减少尺寸，这取决于它们是否大于或小于临界尺寸，该临界尺寸与膜厚度呈线性关系。使用耗散粒子动力学，基于粒子的模拟方法，我们研究了相同的情况下，其结构是由脂-水相互作用的脂质双层膜。我们模拟了一个穿孔膜，其中大于临界半径的孔增长，而小于临界半径的孔关闭，如Ilton等人的实验。通过改变系统参数，如每个脂质的颗粒数和周期性，我们还描述了任何初始尺寸的孔可以密封甚至保持稳定的情况，显示出从聚合物膜的脂质膜的行为的根本差异。
2017-10-18 cond-mat.soft q-bio.SC
Hydrodynamics of Diffusion in Lipid Membrane Simulations
通过进行分子动力学模拟与高达1.32亿粗颗粒在半微米大小的盒子，我们表明，流体动力学定量解释了有限尺寸的影响，在膜中的脂质，蛋白质和碳纳米管的扩散。由此产生的Oseen校正允许我们提取无限系统的扩散系数和膜表面粘度从膜模拟尽管对数发散的表观扩散系数随箱宽度的增加。扩散的流体动力学理论也适用于具有不对称小叶和嵌入蛋白质的膜，以及复杂的质膜模拟物。
2018-06-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
The irreversible thermodynamics of curved lipid membranes II: Permeability and osmosis
该论文提出一种结合不可逆热力学与修正积分定理的理论，模拟弯曲变形脂质膜，发现偏应力是渗透性的新型驱动力，并给出完整方程与边界条件。
2025-09-25 cond-mat.soft
The $(2 + δ)$-dimensional theory of the electromechanics of lipid membranes: I. Electrostatics
针对现有纯力学二维脂质膜模型无法描述电场耦合的问题，本文提出基于低阶谱展开的通用降维方法，构建考虑有限厚度的$(2+δ)$维脂质膜静电学理论，经多几何结构验证与三维理论吻合良好。
2023-01-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Protein-lipid domains in heterogeneous membranes beyond spontaneous curvature effects
我们研究了一个模型的脂质双层膜描述的两个序参量：使用高斯模型和空间配置描述的弹性形变模型的膜具有有限的厚度，或等效的，为粘附膜的化学成分。我们假设并解释了两个序参量之间的线性耦合。利用精确解，我们计算了关联函数和序参量分布。我们还研究了在膜上的夹杂物周围形成的域。我们提出并比较了六种不同的方法来量化这些域的大小。尽管它的简单，该模型有许多有趣的功能，如Fisher-Widom线或两个不同的关键区域。
2022-06-07 cond-mat.soft
Contact-induced molecular reorganization in E. coli model lipid membranes
本研究利用大肠杆菌内膜模型脂质膜，发现膜-基底接触可降低转变温度、减慢相转变动力学并诱导侧向分子重组，验证了物理接触驱动细菌膜脂筏形成的理论，对理解细菌膜功能有重要意义。
2025-08-04 cond-mat.soft
Lipid Lateral Diffusion: Mechanisms and Modulators
本文综述了基于中子散射技术研究模型生物膜中脂质横向扩散的机制，系统分析了药物、抗氧化剂、兴奋剂和膜蛋白等膜活性化合物对该过程的调控作用，并指出其受膜物理状态、电荷、添加物浓度、分子结构及空间分布等多因素共同影响。
2024-07-07 cond-mat.soft
Challenges in theoretical investigations on configurations of lipid membranes
本文综述了脂膜构型理论研究的一些重要成果，并提出了该领域的一些挑战，包括：（i）脂囊泡形状方程的精确解;（ii）开放脂膜控制方程的精确解;（iii）两相囊泡在出芽状态下的颈条件;（iv）膜弹性的非局部理论;（v）对称性与自由能大小的关系。
2013-01-24 cond-mat.soft math-ph math.DG
Lipid membrane instability and poration driven by capacitive charging
提出了一种新的电脉冲与脂质膜相互作用的模型。使用这个模型，我们表明，当直流电脉冲施加到绝缘脂质膜分离具有不同电导率的流体，通过膜的电容充电电流驱动电流体动力学流动，使膜不稳定。这种不稳定性是短暂的，并随着膜电荷的增加而衰减。体电导率失配在这种不稳定性中起着至关重要的作用，因为它导致膜的物理表面上的电荷积累的不同速率。只要电荷不平衡存在，由电场作用于其自身的感应自由电荷而产生的剪切应力就是非零的。因此，最不稳定的模式与膜充电时间和电流体动力学时间的比率有关。
2010-05-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase behavior of two-component lipid membranes: theory and experiments
尽管有大量的理论研究，但磷脂膜波纹相的结构仍然知之甚少，许多实验确定的这一相的结构特征尚不清楚。在这篇文章中，我们提出了一个唯象理论的相变在单组分和双组分的非手性脂膜中的两个耦合序参量-标量序参量描述{ \it脂链熔融}，和一个矢量序参量描述的{ \it倾斜的烃链}以下的链熔融过渡。该模型再现了波纹相的所有显著结构特征，提供了相图和微观结构的统一描述。此外，它预测了这个阶段的一个变体，似乎没有被实验观察到。使用这个模型，我们已经计算了一般的二元膜相图。我们还确定了一个双组分脂质膜的相图从X射线衍射研究对齐的多层膜。该相图与模型计算结果吻合较好。
2012-03-27 cond-mat.soft
The irreversible thermodynamics of curved lipid membranes
本文介绍了任意曲面脂膜的不可逆热力学理论。弹性弯曲和不可逆过程，如膜内脂质流动，膜内相变，蛋白质结合和扩散之间的耦合进行了研究。得到了不可逆过程的熵产生形式，并确定了相应的热力学力和通量。采用线性不可逆热力学框架，运动的控制方程以及适当的边界条件。
2018-03-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Active processes make mixed lipid membranes either flat or crumpled
活细胞膜是否表现出可折叠性相变（MPTs），如果是这样，它们在相变附近如何波动仍然是物理学和生物学中悬而未决的问题。受这些问题的启发，我们构建了脂膜的通用流体动力学理论（脂膜是活跃的，例如，由于周围细胞骨架中的分子马达，或膜本身中的活性蛋白质组分）。我们利用这一点来揭示膜波动和MPTs之间的直接对应关系。几个可测试的预测：（i）通用{ \em主动硬化}与取向长程序（平膜）或{ \em软化}与膜的褶皱，由{ \em主动张力}控制和（ii）对于混合脂质膜，捕获的性质推定MPTS通过测量膜构象波动。混合活性膜中可能存在一级和二级MPTs。接近二级MPT时，主动硬化（软化）表现为{ \em超硬（超软）膜}。我们的预测在各种{ \em体外}系统中是可检验的，例如，沉积在脂质体和脂质膜上的活细胞骨架提取物，其中含有包埋在被动流体中的活性蛋白质。
2017-11-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase separation and near-critical fluctuations in two-component lipid membranes: Monte Carlo simulations on experimentally relevant scales
通过基于格子的蒙特卡罗模拟，我们使用DMPC/DSPC脂质混合物作为模型系统，在微米量级的实验相关空间尺度和秒级的时间间隔上研究了双组分脂膜的性质。我们的大规模模拟，使我们能够获得重要的结果，以前没有报道在模拟研究的脂膜。我们发现，在一定范围内的脂质组合物，从流体相到流体-凝胶相共存的相变通过近临界波动进行，而对于其他脂质组合物，这种相变具有准突变的字符。在近临界波动的存在下，观察到脂质分子的瞬态亚扩散。这些功能的系统是稳定的，在我们的模拟中使用的脂质相互作用参数的扰动。线张力表征脂质域中的流体-凝胶共存区域被发现是在pN范围内。当接近临界点时，线张力、流体-凝胶空间涨落的反相关长度以及相应的膜的反序参量磁化率消失。所有这些结果与最近的实验结果模型脂膜。我们的域粗化动力学的分析后，突然淬火的膜的流体-凝胶共存区域揭示了脂质的横向扩散在流体-凝胶相分离过程中起着重要的作用。
2011-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lipid membranes with free edges
边缘自由暴露的脂膜被视为边界弯曲的光滑表面。引入外微分形式描述曲面和边界曲线。总自由能定义为Helfrich自由能与表面张力能和线张力能之和。以总自由能的变化量为变量，导出了膜的平衡方程和边界条件。这些方程也可以应用于具有多个自由暴露边缘的膜。在轴对称条件下，得到了这些方程的解析解和数值解。数值结果可以用来解释最近由Saitoh \emph{et al}获得的实验结果。[Proc. Natl. Acad. Sci. \textbf{95}，1026（1998）]。
2004-01-07 cond-mat.soft
Large-scale critical behavior of the rippling phase transition for graphene membranes
我们分析了石墨烯膜的自发波纹的晶格变形和电子之间的耦合的功能。我们数值研究了一个耦合到狄拉克费米子的弹性膜模型。我们确定了一个相变从一个平面的波纹配置的膜时，增加耦合，并提出了一个缩放程序，使我们能够有效地达到任意大的系统尺寸。我们发现，耦合的临界值迅速衰减的系统增加其大小，与实验观察到的一个不可避免的稳定的波纹状态悬浮石墨烯膜。这种衰减原来是由一个关键指数$\sim 1/2$的幂律控制。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Structure and interaction potentials in solid-supported lipid membranes studied by X-ray reflectivity at varied osmotic pressure
以不带电荷的脂质模型体系1，2-二肉豆蔻酰-sn-甘油基-3-磷酸胆碱（DMPC）为模板，采用旋涂法制备了高度定向的固体支撑脂质膜，并对膜中的$N \simeq 16$进行了控制。将样品浸入聚合物水溶液中以控制渗透压，并通过X射线反射率进行研究。双层结构和波动已被确定通过建模的数据在整个q范围内。热波动描述使用连续的近晶哈密顿与适当的边界条件，在基板和自由表面的堆栈。由此产生的波动幅度和压力-距离的关系进行了讨论，鉴于双层间的潜力。
2015-04-09 cond-mat.soft
Probing lipid membrane bending mechanics using gold nanorod tracking
由于热波动，脂质双层膜经历波长从几十纳米到几十微米的快速弯曲波动。在这里，我们探测这样的波动和膜的力学通过测量随时间变化的取向的单个金纳米棒（GNRs）粘附到膜，使用高速暗场显微镜。在脂质囊泡中，这样的测量允许确定膜的粘度、弯曲刚度和张力以及单层在彼此上滑动的摩擦系数。面内旋转的GNR阻碍了波动的膜张力依赖的方式，与模拟一致。粘附在活的培养细胞的质膜上的单个GNRs的运动类似地揭示了该膜的复杂物理学和与细胞的肌动球蛋白皮质的耦合。
2021-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Mixed lipid bilayers with locally varying spontaneous curvature and bending
一个模型的脂质双层的混合物制成的两种脂质具有不同的平均组成的两个小叶，开发。描述每个瓣叶上脂质-脂质相互作用的朗道哈密顿量（具有两个极化场$ψ_1$和$ψ_2$）通过局部自发曲率（随$C_0+C_1(ψ_1-ψ_2)/2$变化）和弯曲模量（等于$κ_0+κ_1(ψ_1+ψ_2)/2$）与Helfrich哈密顿量耦合，解释膜弹性。该模型允许我们将弯曲的斑块定义为组成不对称性$ψ_1-ψ_2$较大的膜域，以及$ψ_1+ψ_2$较大的厚且硬的斑块。这些厚的补丁是很好的候选人是脂筏，如在细胞膜中观察到的，其主要由形成液体有序域的饱和脂质组成，并且已知是厚而平坦的纳米域。计算了全局球形膜和平面膜的脂-脂结构因子和关联函数。相图的建立，在高斯近似下，显示两种类型的结构无序的阶段的发生，与弯曲或厚补丁之间的相关性，和有序的阶段，对应于在一个有限的波矢量的结构因子的发散。变化的弯曲模量对于弯曲膜起着核心作用，其中驱动力$κ_1C_0^2$由线张力平衡，以形成尺寸范围从10至100 nm的筏域。对于平面膜，筏域出现通过交叉相关与弯曲域。一个全球性的图片出现从曲率引起的机制，在文献中描述的平面膜，耦合曲率和弯曲引起的机制在弯曲的膜形成一个封闭的囊泡。
2014-08-27 cond-mat.soft
Microscopic Description of Thermodynamics of Lipid Membrane at Liquid-Gel Phase Transition
脂质膜的微观模型的构建，提供了一阶液体-凝胶相变的物理机制的分析易处理的描述。我们证明了液-胶相变是三种主要相互作用的协同效应：脂间范德华吸引力，空间排斥力和疏水张力。该模型明确表明，温度依赖性的脂质间的空间排斥开关系统从液体到凝胶相时，温度降低。这种转换表现在随着温度降低，脂质的侧向可压缩性增加，使得具有较小面积的相在转变温度以下更优选。该模型给出了定性正确的图片突变的转变温度下的面积每脂质，膜厚度和体积每烃基的脂质链。计算的相变温度对脂链长度的依赖性与实验数据定量一致。脂质分子之间的空间排斥被证明是唯一的驱动程序的相变，范德华吸引力和疏水张力是弱的温度依赖性。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
