Mechanical response of a self avoiding membrane: fold collisions and the birth of conical singularities
被迫驻留在小于其自然尺寸的容器中的弹性膜将变形，并且在体积进一步减小时，最终起皱。起皱状态的特征在于能量在由线脊连接的高度变形的新月状区域的复杂网络中的局部化。以前的研究都集中在发病的褶皱状态通过分析的机械响应和稳定性的锥形位错，而其他人已经模拟了高度填充的制度，忽略了膜的连通性的重要性。在这里，我们表明，通过实验，数值模拟和分析方法相结合，高拉伸的新区域的出现是一个通用的结果时，自我避免膜受到严重的几何约束。我们证明，在中等包装分数，层间相互作用产生的响应相当于一个较厚的膜，具有变形的形状之一。有证据表明，摩擦起着关键作用，稳定的折叠结构。
2011-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase transitions of a tethered membrane model on a torus with intrinsic curvature
利用正则蒙特卡罗模拟技术研究了具有内禀曲率的环面上的系留表面模型。我们发现，该模型经历了一个一级相变之间的光滑相和皱。
2005-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A model for the fragmentation kinetics of crumpled thin sheets
当受限的薄片起皱时，它自发地分成由脊网络限定的平坦小平面。尽管这一过程明显无序，但起皱纸张的统计特性表现出惊人的可重复性。实验表明，当反复压紧和展开一张纸时，总折痕长度会以几何方式增加。在这里，我们通过探索褶皱和碎裂过程之间的对应关系，为这一意想不到的结果提供了见解。我们确定了一个物理模型的小平面面积和脊长度分布的褶皱片的演变，并提出了一种机制，几何挫折驱动的再碎片。这种机制建立了一个反馈回路，其中小平面尺寸分布告知在重复限制下的后续碎裂速率，从而产生新的尺寸分布。然后，我们证明了这个模型的能力，再现特征的对数缩放的总折痕长度，从而提供了一个缺失的物理基础所观察到的现象。
2021-03-05 cond-mat.soft
Renormalization of Fluctuating Tilted-Hexatic Membranes
我们考虑了涨落膜上的倾斜六次哈密顿量。重整化群分析使我们找到两个关键区域，一个对应于强耦合制度的梯度交叉耦合，其他的弱耦合制度。在强耦合区，当向错和涡旋同时解束缚时，我们发现了锁定的倾斜六角体到液体的相变。另一方面，在弱耦合制度中，我们发现四个阶段;解锁的倾斜六角相，六角相，倾斜相，液相。向错和涡旋独立地解束缚。还描述了波动的倾斜六边形膜的起皱到起皱的过渡。强耦合区的褶皱相比弱耦合区的要硬。
1997-05-06 cond-mat.soft
Elasticity, Shape Fluctuations and Phase Transitions in the New Tubule Phase of Anisotropic Tethered Membranes
我们研究了最近预测的（cond-mat/9510172），随后观察到（在数值模拟中）（cond-mat/9705059）各向异性膜的小管相，以及进入和离开小管相的相变。这种新相在温度和物理性质方面都位于先前预测的平坦相和褶皱相之间：它在一个方向上被弄皱，而在另一个方向上被伸展。它的形状和弹性特性由回转半径指数$ν$和各向异性指数$z$表征。我们推导出缩放律的回旋半径$R_G(L_\perp,L_y)$（即平均厚度）的小管约一个自发选择的直轴和小管波动$h_{rms}(L_\perp,L_y)$横向其平均延伸。对于幻影（即非自回避）膜，我们预测$ν=1/4$，$z=1/2$和$η_κ=0$，准确地说，与模拟非常一致。对于包埋在$d<11$维空间中的膜，自我回避极大地膨胀了小管并抑制了其狂野的横向波动，改变了其形状指数$ν$和$z$。我们给出了详细的缩放结果的形状的小管的任意纵横比和计算各种关联函数，以及异常弹性的小管。最后，我们提出了一个缩放理论的膜的形状和它的比热附近的连续过渡到和出的小管相和执行详细的重整化群计算的褶皱到小管过渡的幻影膜。
1997-12-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Measurement of the bending rigidity and spontaneous curvature of fluid membranes in simulations
利用两种无网格膜模型研究了测量流体膜弯曲刚度和自发曲率的几种数值方法。弯曲刚度估计从平面和管状膜的热波动和管状膜的轴向力。我们发现了一个很大的依赖性，其估计值从热波动分析上的最小二乘拟合的截止频率q_{cut}。逆功率谱拟合与外推到q_{cut} -> 0产生最小的估计误差之间的调查方法。根据管状膜的轴向力和弯曲膜条纹的平均曲率估计自发曲率。这些方法的结果显示出良好的一致性。
2011-09-12 cond-mat.soft
Effective creases and contact angles between membrane domains with high spontaneous curvature
我们表明，在不同的弹性膜域之间的接合处附近激发的短尺度弹性变形（在~10 nm的尺度下）可以从膜的标准弹性描述的角度产生“折痕”，即，在Helfrich理论的水平上，膜斜率的有效不连续性。这种“不连续性”可以通过引入具有有效角度依赖性的线张力来解释。我们表明，域承载强自发曲率，如生物筏，应表现出折痕与有限的接触角，几乎规定，对应于一个陡峭的极值线能量。有限接触角也可能发生在对称膜从招聘的边界处的杂质。
2006-11-15 cond-mat.soft
First order phase transitions in polymerized phantom membranes
在D-维聚合体模膜嵌入在d-维空间中发生的起皱到平坦的相变的非微扰研究使用的序参量的幂的字段扩展到8阶。我们得到临界维数dcr（D），它在D=4和D=2之间的任何地方将二阶区域与一阶区域分开。我们的方法强烈表明，发生在物理膜的相变是一阶与最近的数值模拟协议。
2014-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
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
The role of spontaneous curvature in the formation of cell membrane necks
膜组成的不均匀性的机械效果进行了分析，在一个过程中类似的颈部形成细胞膜。我们投上的Canham-Helfrich模型的流体膜的自发曲率和表面张力沿细胞膜的非齐次函数。不均匀分布由平衡力学方程确定，并且，为了建立由不均匀性所起的作用，我们专注于悬链线，零平均曲率的表面，这可以用弧长参数化的悬链线曲线来描述。我们表明，存在的自发曲率的解析解，以及对于这两个，表面张力和径向弹性力。得到了颈部收缩力的解析表达式。从能量分析中发现，如果我们固定颈部的收缩力的值，解集位于由能量势垒分开的两个分支上。这个势垒对应于最大悬链线的能量。相反，如果我们固定轴向力，则该解可用于任何尺寸的悬链面
2022-03-29 cond-mat.soft
Spontaneous membrane formation and self-encapsulation of active rods in an inhomogeneous motility field
我们研究了非均匀运动场中自推进杆的集体动力学。在恒定但不同运动性的两个区域之间的界面处，通过活性杆之间的对齐相互作用自发地产生近晶杆层，使人联想到人造半透膜。这种“活性膜”吞噬局部捕获在低运动性区域中的杆，从而通过自组织进一步提高捕获效率，这种效应我们称之为“自封装”。我们的研究结果是通过计算机模拟的自推进杆模型限制在一个二维平面或球面上的逐步恒定的运动场，但这种现象应该是观察到的任何几何形状具有足够大的空间不均匀性。我们还讨论了可能性，以验证我们的预测的自推进胶体棒和振动颗粒物质的实验中形成的活性膜。
2018-02-02 cond-mat.soft
Spheres and Prolate and Oblate Ellipsoids from an Analytical Solution of Spontaneous Curvature Fluid Membrane Model
本文给出了Helfrich自发曲率膜模型（H。Naito，M.Okuda和Ou-Yang Zhong-Can，Phys. Rev. E { \bf 48}，2304（1993）; { \bf 54}，2816（1996）），其具有代表圆形双凹形状的显著特征。结果表明，该解实际上描述了一族形状，可分为：i）平面（平凡情况），ii）球面，iii）长椭球，iv）有帽圆柱，v）扁椭球，vi）圆形双凹面形状，vii）自相交倒圆形双凹面形状，viii）自相交节面状圆柱.在封闭形状（ii）-（vii）中，圆形双凹形状是具有最小局部曲率能量的形状。
1999-06-03 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
All twist and no bend makes raft edges splay: Spontaneous curvature of domain edges in colloidal membranes
采用理论和实验相结合的方法，我们研究了由不同长度的刚性杆组成的胶体膜中两个不混溶域之间的界面。刚性杆包装的几何考虑意味着，足够短的杆在长杆的背景膜的域是更容易扭曲比相反的结构，在短杆膜背景的长杆域。在域间边缘的倾斜力张开，这反过来又表现为一个自发的边缘曲率，其能量由组成杆的长度不对称性控制。这样的倾斜曲率耦合在域间边缘的热力学模型解释了一些实验观察，包括非单调依赖的域半径的边缘扭曲，和环形域的长杆。我们的工作展示了二维流体中取向和组成自由度之间的耦合如何产生域的复杂形状和热力学，类似于3D流体囊泡中的形状转变。
2019-08-27 cond-mat.soft
Budding and Domain Shape Transformations in Mixed Lipid Films and Bilayer Membranes
我们研究的稳定性和形状的域的自发曲率的流体薄膜和膜，嵌入在周围的膜与零自发曲率。这些区域可能是由于流体膜中包含杂质或膜内的相分离而产生的。我们表明，小，但有限的线和表面张力和有限的自发曲率，在低杂质浓度下获得的平衡相的突出的圆形域。在较高的浓度下，我们预测从圆形域，或“囊片”，条纹的过渡。在这两种情况下，我们计算这些域的形状内的膜形状的蒙赫表示。随着线张力的增加，我们数值计算表明，有一个萌芽的转变，从稳定的突出圆形域球形芽。我们计算了全相图，并证明了两个三相点，分别为芽-扁平-囊状和扁平-条纹-囊状共存。
2005-02-23 cond-mat.soft
Spontaneous crumpling of active spherical shells
Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
研究揭示了活性波动下球壳自发褶皱的机制，并推导出描述其行为的主曲线及临界力表达式。
2024-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cup-to-vesicle transition of a fluid membrane with spontaneous curvature
没有自发曲率的流体膜从盘到囊泡的转变可以用边缘线能和曲率能之间的竞争来描述。然而，具有自发曲率的非对称膜的转变尚未被理解。在这项研究中，形状的流体膜补丁具有恒定的自发曲率和封闭过渡到一个囊泡的研究使用理论和无网格膜模拟。据证实，（Meta）稳定和瞬态膜是很好的近似球冠。膜高斯模量可以从膜补丁的杯形以及从转移概率来估计，尽管后一种估计给出了略小的负值。此外，膜的自组装动力学，其中较小的囊泡形成在较高的自发曲率，较高的边缘线张力，和较低的密度。
2019-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Gaussian curvature directs the distribution of spontaneous curvature on bilayer membrane necks
膜颈的形成对于脂双层的分裂和融合至关重要。在这项工作中，我们试图回答以下基本问题：蛋白质诱导的自发平均曲率和高斯曲率在膜颈之间的关系是什么？使用增强的Helfrich模型的脂质双层，包括膜-蛋白质相互作用，我们解决的形状方程悬链找到满足机械平衡的膜颈的自发曲率的字段。在这种情况下，形状方程简化为一个变系数的亥姆霍兹方程的自发曲率，其中的源项是成比例的高斯曲率。我们展示了后者的数量是如何负责非均匀分布的自发曲率极小曲面。然后，我们探讨不同的自发曲率边界条件和几何不对称性的悬链的能量，以显示如何在自发曲率分布的异质性可以耦合高斯曲率，导致不同的几何形状的膜颈。
2017-11-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Crumples as a generic stress-focusing instability in confined sheets
薄的弹性固体很容易变形成无数的三维形状，这些形状可能包含尖锐的局部结构，如皱巴巴的糖果包装纸，或者具有光滑和扩散的特征，如花朵的起伏边缘。预测和控制这些形态对于涉及纺织品、合成皮肤和充气结构的各种应用至关重要。在这里，我们表明，一个“挣扎到起皱”的过渡，以前在特定的设置中观察到的，是一个无处不在的响应受限的表。这个统一的图片是证明了一套模型实验的聚合物薄膜局限于液体界面与球形，双曲线，圆柱形的几何形状，这是补充实验的宏观膜充气。我们使用测量在这个广泛的几何形状，边界条件，和lengthscales来量化几个强大的形态特征的皱皱巴巴的阶段，我们建立了一个经验性的相图皱皱巴巴的形成，解开的曲率和压缩的竞争效应。我们的研究结果表明，褶皱是一个通用的微观结构，出现在大曲率，由于弹性和基板能量的竞争。
2020-02-24 cond-mat.soft
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
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
Spontaneous Curvature-induced pearling instability
本文研究了由水溶性表面活性剂制成的管状流体膜的不稳定性。小管是在高盐度下获得的。不稳定性是由于在囊泡多层内引入烷烃。我们测量这种不稳定性的波长与未受干扰的小管半径。为了解释这种依赖关系，我们使用了一个模型，该模型不仅包括弹性能中的表面张力，而且还包括自发曲率。自发曲率是由膜双层中的油的存在引起的，并给出非零波长的选择。
1998-05-16 cond-mat.soft
Effect of Thermal Undulations on the Bending Elasticity and Spontaneous Curvature of Fluid Membranes
我们放大了以前的论点，为什么平均曲率应被用来作为衡量的集成在计算流体膜的有效弯曲刚度进行弱背景曲率。最近推导出的球形形状的膜的波动，刚性恢复圆柱形曲率。采用曲线坐标，然后我们讨论任意形状的硬化，确认高斯曲率的弹性模量不重整化的波动的存在下，并首次表明，任何自发曲率也保持不变。
2000-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Detachment of fluid membrane from substrate and vesiculation
利用无网格膜模拟方法研究了具有各向同性自发曲率的流体膜从平板基底上的分离动力学。膜从开口边缘脱离，导致囊泡形成。在强粘附的情况下，弯曲能和粘附能之间的竞争决定了脱离的自发曲率的最小值。相反，在弱粘附的情况下，由于膜的热波动，在较小的自发曲率处发生分离。当膜的部分被钉在基底上时，分离变得更慢，并且剩余的膜片形成直的或凹的膜边缘。边缘的起伏导致长条状和盘状斑块的囊泡形成。因此，仅对于短于用于变形成波纹的波长的膜条获得膜卷绕。这表明，观察到的钙$^{2+}$依赖性膜结合蛋白，膜联蛋白A3，A4，A5和A13的滚动，由蛋白质诱导的各向异性自发曲率的结果。
2019-09-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Acceleration and suppression of banana-shaped-protein-induced tubulation by addition of small membrane inclusions of isotropic spontaneous curvatures
采用粗粒无网格膜模拟方法研究了香蕉状蛋白质棒诱导的膜损伤。结果发现，横向各向同性的膜夹杂物，产生相同的符号的自发曲率作为吸附的蛋白质棒，促进了tured。内含物集中在小管中，并降低小管尖端的弯曲能。另一方面，具有相反曲率的内含物通过在高蛋白质-棒密度下的网状结构形成来抑制微管，而它们在低棒密度下诱导球形膜芽。当加入等量的两种类型的夹杂物（具有正曲率和负曲率）时，它们的影响在第一个短时期内相互抵消，但后来逐渐加速。正的表面张力会抑制张力。我们的结果表明，BAR（Bin/Amphiphysin/Rvs）结构域的支架和各向同性膜内含物的合作是重要的。
2017-10-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of pearling instability in polymersomes: the role of shear membraneviscosity and spontaneous curvature
从理论上研究了共聚物系链的稳定性。二嵌段或三嵌段共聚物的自组装可以导致管状聚合物囊泡，实验上已知其在热、化学和拉伸应力下经历形状不稳定性。它导致了半径的非周期性调制，从而演变成由微型系绳连接的流水线珍珠。我们研究了剪切表面粘度和自发曲率的贡献以及它们之间的相互作用，以了解珠光不稳定性。线性分析表明，如果膜张力大于一个有限的临界值，与Rayleigh-Plateau不稳定性相反，或者如果自发曲率在一个特定的范围内，则这种系统是不稳定的。对于自发曲率诱导形状不稳定的情况，识别出两种动力学模式。第一种是类似于张力诱导不稳定性的边缘模式。它的波数与最不稳定的模式连续下降到零膜粘度增加。意想不到的二次波具有有限的不稳定波数范围。随着膜粘度的增加，最不稳定模式的波数趋于一个常数。在这种模式下，在高膜粘度极限下，其生长速率与体相粘度无关，表现为纯粘性表面。
2021-10-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Recent theoretical advances in elasticity of membranes following Helfrich's spontaneous curvature model
本文综述了Helfrich自发曲率模型在膜弹性力学研究中的最新进展。给出了描述脂囊泡、自由边脂膜和手性脂膜平衡构型的控制方程。这些方程和它们相应的配置的几个解析解进行了演示。
2014-05-04 cond-mat.soft math-ph math.DG
Virtual bending method to calculate bending rigidity, saddle-splay modulus, and spontaneous curvature of thin fluid membrane
提出了一种计算流体膜弯曲刚度$κ$、鞍形张开模量$\barκ$和自发曲率$C_0$的方法。计算了平板薄膜弯曲变形为圆柱形和球形时的虚功。与现有的应力分布方法不同，该方法不需要力分解。变形的一阶导数给出了$κC_0$，并且是应力分布的一阶矩的离散形式。二阶导数给出$κ$和$\barκ$，并包括一阶导数的方差项，这在应力剖面法中没有考虑。该方法被检查为无溶剂的无网格膜模型和耗散粒子动力学双珠两亲性分子模型。它的结论是，$κ$和$\barκ$的薄膜可以准确地计算，而对于厚膜或一个明确的溶剂，进一步扩展，包括体积波动的影响是需要一个准确的估计。体积波动效应的幅度可以使用本方法中的参数依赖性来评估。
2020-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
A curvature-driven effective attraction in multicomponent membranes
我们研究了封闭的液膜，由于其组分的化学和物理性质的差异而分离成三相。相的形状和面内膜排列通过相特定的弯曲能和线张力耦合。我们使用模拟退火蒙特卡罗模拟找到低能量的结构，允许相排列和膜形状放松。三相系统是最简单的系统，其中有多个界面对，使我们能够分析界面的偏好和成对不同的线张力。我们观察到系统的偏好接口对，最大限度地提高自发曲率的差异。从模式选择的角度来看，这是一个有效的吸引力之间的阶段，最不同的自发曲率。我们表明，这种有效的吸引力是足够强大的，即使这些阶段之间的接口是最惩罚线张力。这种效果是由几何体驱动的，而不是由任何显式的组件-组件交互驱动的。
2012-07-31 cond-mat.soft
Folding pathways to crumpling in thermalized elastic frames
热激发二维结晶膜的机械性能可以显着地依赖于它们的几何形状和拓扑结构。一个特别相关的例子是对膜中的孔的起皱过渡的影响。在这里，我们使用分子动力学模拟研究的情况下，弹性框架（片与一个单一的大孔在中心），并发现该系统的方法通过一系列的折纸样的褶皱在减少长度尺度时，温度升高的褶皱相。我们使用正态-正态关联函数来量化温度依赖的折叠数。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Binding of thermalized and active membrane curvature-inducing proteins
结合分析和数值方法研究了曲率诱导蛋白结合引起的膜相行为。在结合和未结合之间的细致平衡下的热平衡中，膜呈现出三个相：未结合的均匀平坦相（U）、结合的均匀平坦相（B）和分离/波纹相（SC）。在SC相中，结合的蛋白质形成六边形有序的碗状结构域。U相和SC相之间以及B相和SC相之间的过渡分别是二阶和一阶的。在蛋白质的小自发曲率或高表面张力下，B和SC相之间的过渡变得连续。此外，一个一级之间的U和B相的转变被发现在零自发曲率驱动的刚性蛋白质之间的Casimir的相互作用。此外，非平衡动力学研究的积极结合和unbinding在一个恒定的速率。活性结合和去结合过程改变SC相的稳定性。
2021-12-30 cond-mat.soft
Vesiculation mechanisms mediated by anisotropic proteins
内吞作用是细胞内转运大分子（货物）和膜蛋白的重要生物学过程。在酵母细胞中，这涉及膜上管状结构的内陷和内吞囊泡的形成。Bin/Amphiphysin/Rvs（BAR）蛋白保持新月形形状，通常被认为是挤压管状结构并通过在管状膜的侧面上形成支架而夹断囊泡的主动参与者。在这里，我们使用扩展的Helfrich模型，从理论上研究BAR蛋白如何通过产生各向异性曲率来帮助驱动囊泡的形成。我们的研究结果表明，在经典的Helfrich模型，增加自发曲率在一个管状膜的一侧是无法减少管半径到一个临界尺寸，以诱导膜裂变。然而，用产生各向异性曲率的蛋白质涂覆的膜易于经历沙漏形颈缩或管形颈缩过程，这是导致膜分裂和囊泡形成的重要步骤。此外，我们的研究表明，取决于由蛋白质产生的各向异性曲率的类型，保持蛋白质包被膜在管状形状的力表现出与自发曲率的定性不同的关系。这一结果为确定蛋白质各向异性曲率的类型提供了实验指导。
2022-11-17 cond-mat.soft
A Twist On Active Membranes: Odd Mechanics, Spontaneous Flows and Shape Instabilities
本文研究活性流体膜的手性应力贡献，发现其引发切向流动和形状不稳定性，由活性 Scriven-Love 数控制，适用于亚细胞到组织水平的生物系统。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Curvature-driven molecular flows on membrane surfaces
生物体内双层膜的形态变化不是自发的，而是受到多种蛋白质的调控。大多数这些调节与相关蛋白在双层膜中拥挤的脂质环境中的定位有关。本文提出了一种适用于多种扩散分子在膜表面定位的数学模型。我们从弯曲膜表面上分子分布的能量描述开始，通过组装双层膜的弯曲能和扩散分子的熵能。引入了膜中分子的自发曲率，定义了双层膜的自发曲率是膜表面分子浓度的函数。这种联系产生了漂移扩散方程来控制表面分子浓度的梯度流动。我们重铸的充满活力的制定和相关的控制方程在欧拉框架，通过使用相场函数，定义的膜形态。计算模拟与建议的数学模型和相关的数值技术预测的分子定位在膜表面上的位置与首选的平均曲率。
2016-06-28 cond-mat.soft q-bio.QM
Membrane mediated aggregation of curvature inducing nematogens and membrane tubulation
细胞膜的形状在很大程度上受膜相关的曲率活性蛋白的调节。我们使用一个数值模型的膜与细长的膜夹杂物，最近开发的我们，这可能是不同的沿和垂直于其长轴的自发方向曲率。我们表明，由于膜介导的相互作用，这些曲率诱导膜的致炎剂可以自发地寡聚化，即使在低浓度下，并改变膜的局部形状。我们证明，对于一个大的集团这样的夹杂物，其中两个自发曲率具有相等的符号，管状构象，有时片构象的膜是共同的平衡形状。我们阐明了这些{ \it蛋白晶格}形成所必需的因素。此外，管的弹性性能，如它们的压缩刚度和持久长度的计算。最后，我们讨论了可能的作用，在封盖和分支的管状膜的双向错。
2013-02-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Monolayer Spontaneous Curvature of Raft-Forming Membrane Lipids
采用小角X射线散射（SAXS）在倒置六方相（HII）上获得胆固醇、DOPE、POPE、DOPC、DPPC、DSPC、POPC、SOPC和卵鞘磷脂的单层自发曲率。自发曲率的双层形成脂质的估计通过添加控制量的HII形成模板以下先前建立的协议。磷脂酰乙醇胺和胆固醇的自发曲率被发现至少是一个因素的两个更负的磷脂酰胆碱，其J 0更接近于零。有趣的是，DPPC在25 °C下获得了显著的正J 0值（+0.11/nm）。我们进一步确定了自发曲率J 0（T）在15 ~ 55 \degC范围内的温度依赖性，结果表明，大多数研究的脂质的自发曲率分布非常窄，为-1 ~-3 * 10^-3 l/nm°C。这些数据使我们能够估计单层自发曲率的三元脂质混合物显示液体有序/液体无序相共存。我们报告的自发曲率相图DSPC/DOPC/胆固醇，DPPC/DOPC/胆固醇和SM/POPC/胆固醇和蛋白质插入和线张力的影响进行了讨论。
2013-09-17 cond-mat.soft q-bio.BM
Attractive asymmetric inclusions in elastic membranes under tension: cluster phases and membrane invaginations
上下不对称的夹杂物使弹性膜产生局部的自发曲率。当它们中的几个被插入同一个膜时，它们感受到由膜介导的有效力，既有弹性又有熵的性质。继Dommersnes和Fournier在消失的紧张局势的情况下[Eur。Phys.J.B12，9（1999）]，并且还使用伪分析胶束化理论，我们导出了当它们也受到附加的短程吸引相互作用时不对称包体组装体的统计力学。我们的主要结论是，一般来说，当膜处于张力下时，这些夹杂物在平衡状态下以小簇的形式存在，导致局部膜内陷。我们还提出了一种新的曲率诱导的分层机制：当夹杂物施加相反符号的局部曲率共存时，它们往往在现实条件下在不同的集群分层。这项工作具有潜在的影响，在生物脂质双层中嵌入的蛋白质的热力学的背景下。
2013-07-30 cond-mat.soft
Droplet-Induced Budding Transitions of Membranes
最近的实验仿生膜暴露于几个水相的动机，我们从理论上研究的形态与通过水相分离形成的液滴接触的膜。我们集中研究自发曲率可以忽略不计的膜。在小液滴体积下，弯曲能量占主导地位，并且液滴仅部分地被膜包裹。在大体积下，这种配置可能变得不稳定，并经历到液滴（几乎）完全被膜包裹的状态的不连续转变。一个形态图，示出的参数区域，其中发生这种出芽过渡，被构造为膜张力和固有的接触角的液体与膜的函数。定性地讨论了自发曲率的影响。
2011-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membranes for spontaneous separation of pedestrian counter flows
为行人设计高效的交通车道是城市规划的一个重要方面，因为步行仍然是日益多样化的交通方式中最常见的流动形式。在这里，我们研究行人逆流在一个直的走廊，其中两组人走在相反的方向。我们证明，使用分子动力学的方法，应用社会力模型，一个简单的阵列的障碍，提高流量，即使在拥挤的情况下，通过产生流动分离。我们还报告了一个发达的模型描述的分离行为，把一系列的障碍物作为一个膜，并诱导自发分离的行人群体。如果设计得当，这些障碍物完全能够控制过滤方向，使行人倾向于自发地向左（或右）移动。这些结果有可能为工业设计提供有用的指导方针，旨在改善无处不在的人类流动。
2020-03-30 cond-mat.soft nlin.AO physics.soc-ph
Budding and vesiculation induced by conical membrane inclusions
脂质双层中的圆锥形内含物产生膜的总体自发曲率，其取决于内含物的浓度和几何形状。例子是完整的和附着的膜蛋白，病毒和脂质结构域。我们提出了一个分析模型来研究出芽和囊泡的脂双层膜，这是基于膜的弯曲能和平移熵的夹杂物。如果夹杂物被放置在具有相似曲率半径的膜上，则它们的排斥性膜介导的相互作用被屏蔽。因此，对于高内含物密度，内含物聚集，诱导芽形成，并最终形成囊泡。已经与弯曲能量单独我们的模型允许预测芽半径。然而，在内含物诱导单个大囊泡分裂成两个较小囊泡的情况下，仅弯曲能就预测较小囊泡具有不同的尺寸，而平移熵有利于形成相等尺寸的囊泡。我们的结果与最近的计算机模拟吻合得很好。
2009-10-16 cond-mat.soft
Controlling cargo trafficking in multicomponent membranes
生物膜通常含有大量以小浓度分散在主膜相中的不同组分，包括具有不同几何性质的蛋白质、糖和脂质。大多数这些组件不绑定货物。在这里，我们表明，这样的“惰性”组件可以是至关重要的跨膜贩运的精确控制。使用统计力学模型和分子动力学模拟，我们证明了存在的惰性膜组件的小各向同性曲率显着影响货物内吞，即使这样的膜的总自发曲率保持不变。弯曲的脂质，如胆固醇，以及不对称包含的蛋白质和拴系糖，因此都可以积极参与控制纳米级货物的膜运输。我们发现，即使是弯曲的惰性膜组分的低水平表达也可以确定膜对货物大小的选择性，并且可以用于选择性地靶向某些组合物的膜。我们的研究结果表明，一个强大的和一般的方式来控制货物运输，通过调整膜组成，而不需要改变受体的浓度，也不需要平均膜曲率。这项研究表明，细胞可以准备任何贩运事件，将弯曲的惰性成分在任何膜小叶。
2018-02-25 cond-mat.soft
Shape transitions of giant liposomes induced by an anisotropic spontaneous curvature
我们探讨了一个磁场是如何打破一个最初的球形巨大的脂质体充满磁性胶体的对称性。沿场轴的旋转对称条件导致长椭球或扁椭球。我们证明了纳米颗粒和膜之间的静电相互作用触发了形状转变。PACS编号：75。
2019-10-11 cond-mat.soft
Spontaneous surface reserve formation in wicked membranes bestow extreme stretchability
柔性可拉伸材料是新兴技术的关键，如可拉伸电子产品或电池，智能纺织品，生物医学设备，组织工程和软机器人。最近尝试设计这样的材料，通过例如在软基底上的波形纤维的微图案化，分子水平的聚合物工程或甚至kirigami技术，提供了有吸引力的前景，但遭受影响材料可行性的缺点：制造的复杂性，循环时的疲劳或故障，材料的限制范围或生物不相容性。在这里，我们报告了一个通用的战略，设计高度拉伸，自组装和耐疲劳的合成纤维织物。我们的方法在活体动物细胞的力学中找到了灵感，这些细胞通常会遇到并应对极端变形，例如巨噬细胞吞噬大型入侵者，挤压和拉伸微小毛细血管中的免疫细胞或渗透刺激后神经元的收缩/肿胀。所有这些大的瞬间变形实际上是由膜储备介导和缓冲的，这些膜储备以微绒毛、膜褶皱或内膜的形式存在，可以根据需要补充。我们通过创造纳米纤维液体注入组织自发形成表面储备，其展开燃料任何强加的形状变化来综合模仿这种行为。我们的工艺仅依赖于几何形状、弹性和毛细作用，几乎可以赋予任何材料高拉伸性和可逆性，从而可以直接实现额外的机械、电气或化学功能。我们用概念验证可激活的毛细血管肌肉、可适应的光滑液体注入多孔表面和可拉伸的基本印刷电子电路来说明这一点。
2017-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Blinking membrane patterns induced by protein binding/unbinding
Institute for Solid State Physics, University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）
采用无网格膜模拟（非格点活性Potts模型），发现蛋白质结合/解离循环可诱导闪烁畴，该畴在无张力膜中即可形成，区别于热平衡下需正表面张力的六边形凸畴。
2026-10-19 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Fluctuating Nematic Elastomer Membranes: a New Universality Class
本文研究了平面内对称性自发破缺的弹性体膜的平面相。这种状态的特点是简单剪切和软横声子的弹性模量为零。在简谐水平下，面内取向（面内取向）序对热涨落是稳定的，热涨落导致短程面内平移（声子）关联。为了处理热涨落和相关的弹性非线性，我们介绍了两个推广的二维膜在三维空间中的任意D-维膜嵌入在d-维空间，并分析其异常弹性在D=4的扩展。我们发现了一个新的稳定的不动点，控制长尺度性能的弹性体膜。它的特征在于奇异的平面内弹性模量，其作为相关的反比长度尺度的幂律eta_lambda=4-D而消失（例如，波矢量）和有限的弯曲刚度。我们的预测在4维附近是渐近精确的。
2003-02-01 cond-mat.soft
Formation of protein-mediated tubes is governed by a snapthrough transition
质膜管普遍存在于细胞膜和细胞内细胞器的膜中。它们在运输、离子运输和细胞运动中起着至关重要的作用。质膜管的形成可能是由于作用在膜上的局部力或由膜结合蛋白诱导的曲率。在这里，我们提出了一个数学框架来模拟蛋白质诱导各向异性自发曲率形成的圆柱形管状突起。我们的分析表明，管半径取决于一个有效的张力，其中包括从裸膜张力和蛋白质诱导的曲率的贡献。我们还发现，管的长度经历了一个突然的过渡，从一个短的，圆顶形的膜长圆柱体，这种过渡是一个突变的不稳定性的特点。最后，我们表明，突变不稳定性取决于不同的参数，包括涂层面积，弯曲模量，和蛋白质诱导的曲率的程度。我们的研究结果表明，由于BAR结构域蛋白的过程中，如内吞作用，在肌细胞中的t-小管形成，和嵴形成线粒体管的形成。
2022-06-08 cond-mat.soft
Anomalously Slow Domain Growth in Fluid Membranes with Asymmetric Transbilayer Lipid Distribution
首次用数值方法研究了跨双层脂质分布的不对称性对流体囊泡相分离动力学的影响。这种不对称性示出设置一个自发的曲率的域，改变的形态和动态显着。对于适度的张力，域的上限和自发的曲率导致令人不安的慢动力学，相比对称双层的情况下。相反，在高张力和低张力的极限情况下，动力学朝向完全相分离进行。
2006-04-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuations and Elastic Properties of Lipid Membranes in the Tilted Gel State: A Coarse-Grained Monte Carlo Study
我们研究的应力分布的档案和高度和厚度波动的脂质膜在倾斜的凝胶状态下的蒙特卡罗模拟的一个通用的粗粒度模型的脂质膜，再现了许多已知的性能DPPC双层。这些结果与流体膜的相应性质有关，并与结晶膜和六角膜的理论预测有关。一个引人注目的观察是，单分子层的自发曲率从流体到凝胶相改变了符号。在凝胶相中，长波长的高度波动被抑制，并且波动光谱是高度各向异性的。在倾斜的方向上，它携带与波纹相的波长兼容的软模式的签名，其出现在流体和凝胶状态之间的过渡区域中。在垂直于倾斜的方向上，厚度波动几乎完全被抑制，并且高度波动似乎由界面能支配，即，通过层外波动，达到几十纳米的长度尺度。
2010-02-23 cond-mat.soft
Curvature-Induced Instabilities of Shells
由细胞膜内的蛋白质或由差异生长、加热或溶胀引起的自发弯曲可以显著影响薄体的形态并引起机械不稳定性。然而，在弯曲壳的自发曲率和几何挫折的相互作用仍然知之甚少。通过对弹性球双层壳，模拟和理论的精密实验相结合，我们显示了一个自发的曲率引起的旋转的dopry-breaking以及抢购不稳定让人想起金星飞陷阱关闭机制。的不稳定性和它们对几何形状的依赖是合理的，通过减少自发曲率的有效机械负荷。该配方揭示了一个组合的压力状的整体项和一个torquelike边界项，允许缩放预测的不稳定性与实验和模拟非常一致。此外，有效压力的类比表明，曲率诱导屈曲封闭壳。我们确定的临界屈曲曲率通过线性稳定性分析，占残余膜和弯曲应力的组合。几何在我们的研究结果中的突出作用表明了结果在广泛尺度上的适用性。
2018-01-26 cond-mat.soft
Models for membrane curvature sensing of curvature generating proteins
蛋白质在膜上的曲率敏感定位对于许多细胞生物学过程至关重要。粗粒模型通常用于研究几微米长度尺度上的曲率传感现象和膜形态。存在两种流行的现象学模型用于对曲率感测的实验观察进行建模，（1）自发曲率模型和（2）曲率失配模型，其在它们对由于蛋白质在膜上的结合而引起的弹性能量的变化的处理上不同。在这项工作中，预测的传感和发电行为，这两个模型，研究使用分析计算以及动态三角形蒙特卡罗模拟的准球形囊泡。虽然自发曲率模型产生作为囊泡半径的函数的单调递减的感测曲线，但曲率失配模型导致非单调感测曲线。我们强调的蛋白质相关的参数在两个模型中的解释的主要差异。我们进一步提出，自发曲率模型是适当的建模采用疏水插入机制的外周蛋白质，与膜刚度的最小修改，而曲率失配模型是适当的建模曲率生成使用支架机制，其中有显着的硬化膜由于蛋白质结合。
2019-10-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Bending models of lipid bilayer membranes: spontaneous curvature and area-difference elasticity
我们预设了一个计算研究的弯曲模型的曲率弹性的脂双层膜，是相关的模拟囊泡和红细胞。我们计算弯曲能量和力的三角形网格和评估和扩展四个完善的计划，他们的近似：坎特和纳尔逊1987年，物理修订A 36，4020，Jülicher 1996年，J物理II法国6，1797年，Gompper和Kroll 1996年，J物理I法国6，1305，和迈耶等。等，2003年，在可视化和数学III，Springer，第35页，被称为A，B，C，D。我们提出了一个比较研究，这四个计划的最小弯曲模型，并提出扩展方案B，C和D。这些扩展将参考状态和非本地能量占自发曲率，双层耦合，和面积差弹性模型。我们的研究结果表明，所提出的扩展增强模型，以考虑形状变换，包括出芽/囊泡以及非轴对称形状。我们发现，扩展方案B是优于其余的准确性，鲁棒性以及简单的实施。我们证明了该计划的能力，包括几个基准问题的出芽囊泡的过程和再现的相图的囊泡。
2019-05-01 cond-mat.soft cs.CE math.DG
Multiple-length-scale elastic instability mimics parametric resonance of nonlinear oscillators
空间受限的刚性膜重新组织它们的形态以响应所施加的约束。褶皱的弹性片材呈现出聚集变形能量的随机折叠的复杂图案，同时压缩搁置在软基础上的膜，从而产生具有广泛能量分布的正弦褶皱的规则图案。在这里，我们研究了高度限制膜的能量分布，并显示了一个新的形态不稳定性的出现，由倍周期分岔触发。周期性的自组织聚焦的变形能量观察提供了一个上下对称性破缺，引起的弹性方程的内在非线性，发生。该物理模型与非线性振子中的参数共振类似，是理解各种受限系统（如涂层材料或活组织）形态的新理论工具，皱纹皮肤，肺的内部结构，动脉的内部弹性，脑回或指纹的形成。此外，它开辟了一种新的微加工设计的多周期或混乱（非周期性）的表面形貌通过自组织的方式。
2010-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.AO
Surface energy-driven crumpling transition in a thin sheet under compression
Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）
通过表面能量驱动，首次观察到薄板在压缩下的自折叠转变，展示了可调折叠顺序的潜力。
2025-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
