Stall, spiculate or runaway - the fate of fibers growing towards fluctuating membranes
我们解决了一个增长的半柔性聚合物，或纤维，接近波动的膜在一个角度的动态运动方程。在后期，我们发现了三种不同的状态：纤维{ \em失速}，当纤维生长由于膜阻力而停止时，{ \em失控}，其中聚合物弯曲远离膜，以及另一种状态，其中膜响应是非线性的并且形成管状膜{ \em针状物}。我们讨论了由此产生的“相图”的区域探索（一）单个和成束的肌动蛋白纤维在活细胞中，（二）镰状血红蛋白纤维在红细胞中，和（iii）微管人工囊泡内生长。我们补充我们的分析与完整的三维随机模拟。
2006-08-08 cond-mat.soft
Flexoelectricity and the Entropic Force between Fluctuating Fluid Membranes
生物膜在生理温度下经历明显的热波动。当两个膜彼此接近时，它们阻碍另一个膜的平面外波动。这种阻碍导致膜之间的熵排斥力，其与由于其他来源的吸引力和排斥力相互作用，影响一系列生物功能：细胞粘附、膜融合、自组装、结合-解结合转变等。在这项工作中，我们认识到的事实，即生物膜不是纯粹的机械实体，由于挠曲电现象，表现出变形和电极化的强度之间的耦合。随之而来的耦合力学-静电学-统计力学问题是分析上难以解决的。我们使用变分微扰法分析，在封闭的形式，两个波动膜之间的熵力的贡献，并讨论其可能的物理意义。我们发现，flexoelectricity导致一个校正，开关从一个增强的吸引力，在密切的膜分离和增强的排斥力时，膜进一步分开。
2021-03-12 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
Ion pump activity generates fluctuating electrostatic forces in biomembranes
我们研究的非平衡动力学的脂膜与蛋白质，积极泵跨膜离子。我们发现，该活动导致的波动力分布，由于静电相互作用所产生的介电常数的变化跨膜。通过应用多极展开，我们发现张力和弯曲刚度占主导地位的部分膜波动谱的影响。我们讨论了我们的模型与以前的研究力多极模型相比。
2011-09-19 cond-mat.soft
Statistical mechanics of specular reflections from fluctuating membranes and interfaces
本文研究了在几何光学极限下，当光散射离开处于热力学平衡的起伏界面和薄膜时，镜面反射点的密度。我们专注于在两个维度的热力学平衡的毛细重力界面（其特征在于由表面张力）和流体膜（由弯曲刚度控制）的统计力学。Berry，Nye，Longuet-Higgins等人的工作的基础上，我们表明，镜面反射点的统计是完全由三个基本的长度尺度，即相关长度$ξ$，微观长度尺度$\ell$和界面或膜的整体尺寸$L$的特征。通过结合数值模拟的标度分析，我们证实了存在的标度律的镜面反射点，$n_{spec}$，在两个维度上的密度，由$n_{spec}\propto\ell^{-1}$在限制薄波动界面的界面厚度$\ell\llξ_I$。因此，镜面反射的密度发散的波动界面在消失的厚度的限制，并显示界面毛细重力相关长度$ξ_I$上没有依赖性。虽然在张力下的流体膜在$n_{spec}\propto\left(ξ_M\ell\right)^{-1/2}$中也表现出发散，但是在这种情况下，镜面反射的数量可以通过减小膜相关长度$ξ_{M}$来增加。
2018-08-27 cond-mat.soft
Enhanced molecular diffusion near a soft fluctuating membrane
Clemson University（克莱姆森大学）；CNRS, Sorbonne Université（法国国家科学研究中心，索邦大学）；Université de Toulouse, CNRS, INPT, UPS（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，国立高等矿业-电信学校联盟，图卢兹第三大学）
研究发现软波动膜可增强溶剂分子扩散，通过自发动量交换促进混合，与大粒子的流体动力学机制不同。
2025-07-04 cond-mat.soft
Lateral diffusion of a protein on a fluctuating membrane
膜中蛋白质的横向扩散的测量通常假设蛋白质的运动发生在平面中。然而，真正的膜会受到热波动的影响，导致夹杂物进入第三维空间。我们通过将真实的三维扩散投影到平面上的有效扩散上来计算这种效应的大小。我们认为这是一个蛋白质，是自由扩散的膜和一个也耦合到当地的曲率。对于自由扩散的夹杂物，测量的投影扩散常数比实际值小15%。耦合到曲率增强扩散显着高达两倍。
2005-03-23 cond-mat.soft
Revisiting the entropic force between fluctuating biological membranes
介导生物膜之间的各种吸引力和排斥力之间的复杂相互作用控制着一系列令人震惊的生物功能：细胞粘附，膜融合，自组装，结合-解结合转变等。在这项工作中，膜之间的熵排斥力-这起源于由于热激发的波动-是严格重新审查分析和通过系统的蒙特卡罗模拟。Freund \cite {Freund13}最近的一项工作对Helfrich \cite{Helfrich78}得出的一个广为接受的结果的有效性提出了质疑。我们发现，与Freund一致，对于小的膜间分离（$d$），熵压标度为$p\sim 1/d $，与Helfrich的结果相反：$p\sim 1/d^3$。对于中间分离，我们的计算与Helfrich的计算一致，最后，对于大的膜间分离，我们观察到指数衰减行为。
2013-09-24 cond-mat.soft
Hybrid simulations of lateral diffusion in fluctuating membranes
本文介绍了一种新的方法来模拟夹杂物在波动膜中的横向扩散。所考虑的系统是由两个动态过程：膜的高度波动和夹杂物沿膜的扩散。虽然膜的波动可以表示在一个动态方程，遵循从海尔弗里希哈密顿量，扩散粒子的动力学描述的朗之万或Smoluchowski方程。在后一个方程中，需要考虑表面的曲率，这使得粒子扩散成为膜波动的函数。在我们的计划中，这些耦合的动力学方程，膜方程和粒子的朗之万方程，数值积分来模拟膜中的扩散。模拟被用来研究的比率的扩散系数投影在一个平面上和膜内扩散系数的情况下，自由扩散。我们比较我们的结果与最近的分析结果，采用预平均近似和分析这种近似的有效性。相关的关联函数的详细模拟研究揭示了一个令人惊讶的大范围内的近似是适用的。
2006-11-21 cond-mat.soft
Influence of Fluctuating Membranes on Self-Assembly of Patchy Colloids
一个粗粒度的计算模型被用来研究流体膜上的补丁粒子组装成生物相关的结构，由病毒核心和网格蛋白的动机的效果。对于核心，我们证明了一个非单调依赖的促进组装膜刚度。如果膜是显著可变形的，则核被芽包封，尽管这种效应对于非常柔性的膜被抑制。在变形较小的制度，我们没有观察到显着的增强核心，即使是强粘附表面。对于clarthrin样颗粒，我们再次观察到芽的形成，其形态取决于膜的灵活性。
2012-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
A New Perspective on Thermally Fluctuating 2D Elastic Membranes: Introducing Odd Elastic Moduli and Non-Equilibrium Effects
本文研究具有奇数弹性模量的热涨落二维弹性膜，通过各向同性弹性张量推广引入 $K_{odd}$ 和 $A_{odd}$ 以刻画非平衡主动效应，并利用 Langevin 方程和重正化群分析揭示两种模量在长尺度下的不同影响，同时提出无需粗粒化的新模拟方法。
2023-07-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Dynamics of Self-Assembly of Model Viral Capsids in the Presence of a Fluctuating Membrane
一个粗粒度的计算模型被用来研究波动的流体膜的动态补丁粒子组装成病毒衣壳样核心的影响。从广泛的参数范围内的模拟结果，显示不同的相互作用强度，膜刚度和膜粘度的影响。此外，水动力相互作用的影响进行了研究。对膜的吸引可以促进组装，包括对于在本体中不发生的子单元相互作用强度，并且还可以减少单核组装时间。膜出芽率强烈增加的流体动力学相互作用。膜的变形速率在确定有限时间产率中是重要的。更高的速率可以减少组装的熵损失，并有助于将子单元朝向彼此引导，但也可能阻止部分芯完成。为了增加亚单元相互作用强度，确定了三种具有不同膜效应的制度。
2013-06-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Diffusion of a particle quadratically coupled to a thermally fluctuating field
研究了布朗粒子与热涨落场的二次耦合扩散问题。在弱耦合极限下，路径积分公式允许计算有效扩散系数的情况下，一个活跃的粒子，往往会抑制场的波动，和一个被动的粒子，只经历场的波动。我们表明，该行为是类似于以前发现的线性耦合：一个活跃的粒子总是放慢，而一个被动的粒子在一个缓慢的领域减慢，并在一个快速的领域加速。数值模拟结果与分析计算结果吻合较好。耦合到膜的曲率或组合物的膜蛋白的例子进行了讨论，重点放在异常扩散的空间。
2013-04-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Gaussian model of fluctuating membrane and its scattering properties
本研究构建基于非均匀限幅含时高斯随机场的涨落膜数学模型，可给出通用散射函数解析表达式，经多种散射实验验证，能拟合得到膜结构与动力学相关参数。
2024-04-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Hydrodynamic permeability of fluctuating porous membranes
Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）；The Quantum Plumbing Lab (LNQ), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子管道实验室）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Institut Laue Langevin（朗之万研究所）
本文提出波动达西模型，研究孔隙波动对多孔膜渗透性的影响，揭示基质波动显著改变流体渗透性，为膜分离优化提供新思路。
2025-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Instability of a fluctuating biomimetic membrane driven by an applied uniform DC electric field
本文研究直流电场下脂质膜的不稳定性，发现Debye层扰动电荷产生失稳的Maxwell应力，且浓度差增大可抑制不稳定性，与漏电介质模型预测不同。
2025-10-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Monte Carlo study of the frame, fluctuation and internal tensions of fluctuating membranes with fixed area
对于脂膜，可以定义三种类型的表面张力：内部张力，$σ$，与哈密顿量中的实际膜面积共轭;机械框架张力，$τ$，与投影面积共轭;以及“波动张力”，$r$，从膜高度的波动光谱获得。我们调查这些表面张力的Monge规范格蒙特卡罗模拟的方法，涉及精确的，非线性的，Helfrich哈密顿量和测量修正的过剩熵的Monge规范。我们对$σ$和$τ$之间关系的结果与[J. -J. B. Fournier和C. Barbetta，Phys. Rev. Lett，2008，100，078103]中描述的方法。这提供了在张力由$σ$控制的标准高斯模型中的~ $τ$的有价值的知识。然而，与上述论文中的猜想相反，我们发现，在超过50年的紧张局势中，$r$与$τ$没有显着差异。我们的研究结果似乎是有效的热力学限制，并强大的改变合奏中的膜面积控制。
2015-12-13 cond-mat.soft
Effective potentials and electrostatic interactions in self-assembled molecular bilayers II: the case of biological membranes
我们提出了一个非常简单但足够现实的模型，它允许包括大量的分子在这些双层的分子动力学MD模拟，但考虑到分子电荷分布，灵活的两亲分子和一个可靠的水模型。所有这些参数在纳米尺度的分子间和长程静电相互作用的研究中是必不可少的。这个模型以前被用来模拟牛顿黑膜，在本文中，我们将我们的调查扩展到生物膜类型的双层。静电相互作用的计算使用埃瓦尔德总和，宏观长程静电相互作用，我们使用我们以前提出的粗拟合（垂直于双层平面）的分子电荷分布与高斯分布。为了研究一个独特的生物膜（不是双层的堆叠），我们提出了一个简单的有效的外部电位，考虑到水的微观对分布函数，并用于模拟与周围的水的相互作用。有效的宏观和外部电位的方法是非常简单的实现在数值模拟中，空间和时间的电荷不均匀性，然后粗略地考虑。分子动力学模拟的几个模型的一个单一的生物膜，中性或带电的极性两亲物，有或没有水（使用TIP5P水分子间的潜力）。
2008-07-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The central role of line tension in the fusion of biological membranes
本文综述了生物膜融合的最新进展，强调了线张力在融合过程中的重要作用。
2005-04-21 cond-mat.soft
Fluctuating shells under pressure
热波动强烈地改变交联膜的大长度尺度弹性行为，引起尺度依赖的弹性模量。虽然热效应在平膜是很好的理解，许多天然和人工的微结构建模为薄弹性{ \it壳}。壳的非零曲率，这提供了一个尺寸依赖的耦合面内拉伸模式和平面外的起伏之间的平面膜的区别。此外，壳体可以支持其内部和外部之间的压力差。关于热涨落对壳体弹性性质的影响，人们知之甚少。在这里，我们研究的统计力学的形状波动在加压球壳微扰理论和Monte Carlo计算机模拟，明确包括曲率和向内的压力的影响。我们预测波动薄壳下的点压痕和压力引起的变形的新特性。由于热波动的贡献随着壳体半径与厚度的比率的增加而增加，并且当该比率和热能的乘积与壳体的弯曲刚度相比变大时，热波动的贡献占主导地位。当壳体受到较大的均匀向内压力时，热效应增强，当该压力接近壳体的经典屈曲转变时，热效应发散。我们的研究结果是相关的弹性和渗透塌陷的微胶囊。
2012-10-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical Properties Of Fluctuating Elastic Membranes Under Uni-Axial Tension
原子级薄片，如石墨烯，广泛用于纳米技术。最近，它们也被用于包括kirigami和自折叠折纸在内的应用中，在这些应用中，了解它们如何响应外部负载变得非常重要。基于此，我们采用自洽屏蔽分析方法和分子动力学模拟研究了各向同性薄板对单轴拉伸的响应。以前，它表明，对于自由悬挂的片材热波动有效地重新归一化弹性常数，这成为规模依赖于超过一个特征的热长度尺度（几纳米的石墨烯在室温下），超过该弯曲刚度增加，而在平面弹性常数减少与普适幂律指数。对于单向拉伸的薄板$σ_{11}$，我们发现，在应力依赖的长度尺度之外，有效的面内弹性常数变得各向异性很强，并且沿单轴应力轴和正交于单轴应力轴的方向上的尺度不同，而弯曲刚度在应力依赖的长度尺度之外不会表现出任何反常行为.此外，对于中等张力，我们发现一个普遍的非线性应力应变关系。对于大的单轴张力，裸弹性材料的杨氏模量恢复。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion through complex confining environments: fluctuating triply periodic minimal surfaces
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg（马格德堡奥托·冯·格里克大学）
研究复杂三维波动环境对测试物体扩散运动的影响，通过相场方法分析膜结构波动对分子扩散的影响，发现波动使膜孔扩大，导致粒子在腔体间跳跃，形成均方位移时间演化中的明显平台。
2026-02-06 cond-mat.soft
Modeling Biological Membrane and Red Blood Cells by Coarse- Grained Particle Method
在这项工作中，我们回顾了以前开发的粗粒度（CG）粒子模型的生物膜和红细胞（RBC），并讨论了CG粒子方法的优势，在连续和原子模拟生物现象建模。CG粒子模型在保留系统介观结构和性质的前提下，消除了快自由度，大大增加了原子模拟的长度尺度和时间尺度。另一方面，CG粒子模型可用于捕获患病红细胞的微观结构变化，并模拟生物膜和红细胞的拓扑变化，这是对膜和红细胞的典型连续体表示的主要挑战。CG粒子方法的功能和通用性通过模拟涉及重大拓扑变化的动力学过程，如脂质自组装，囊泡融合和膜出芽来展示。
2017-07-16 cond-mat.soft
Biological and synthetic membranes: What can be learned from a coarse-grained description?
我们讨论的作用，粗粒度的模型在双层膜的结构和热力学的调查中发挥，我们把它们放在替代方法的背景下。因为它们减少了自由度，并采用简单和软的有效势，粗粒度的模型可以提供相当直接的洞察集体现象在膜上的大的时间和长度尺度。我们提出了一个总结，在这个快速发展的领域的最新进展，并特别注意模型的开发和计算技术。应用粗粒度模型的膜拓扑结构的变化与膜融合利用模拟和自洽场论的研究。
2006-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic properties of microbian populations on biological membranes
在本工作中，我们发展了一个一般的统计力学形式体系来研究限于旋转表面的系统，这些是一个很好的模型来研究微生物系统和大分子的热动力学性质，这些大分子位于生物膜上，如细胞膜。
2013-08-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamic Implicit-Solvent Coarse-Grained Models of Lipid Bilayer Membranes : Fluctuating Hydrodynamics Thermostat
许多粗粒模型已被开发用于脂质双层膜的平衡研究。为了实现在模拟中访问的长度尺度和时间尺度难以达到完全原子分子动力学，这些粗粒度的模型提供了一个简化的分子自由度的描述，并经常删除完全表示的溶剂自由度。在这种隐式溶剂模型中，溶剂的贡献是通过有效的相互作用项内的自由能的有效潜力。在动力学研究中，常使用朗之万动力学。然而，对于双层内的许多动力学过程，这种方法是不够的，因为它忽略了重要的相关性和动力学的贡献，作为一个结果，将通过溶剂发生的动量转移丢失。为了解决这个问题，我们引入了一个新的恒温器的基础上波动的流体动力学的动态模拟隐式溶剂粗粒度模型。我们的方法将粗粒度的自由度耦合到一个随机连续场，该场同时考虑了溶剂流体动力学和热波动。我们表明，我们的方法捕捉到了重要的相关性，在使用传统的朗之万动力学进行模拟的脂质双层的动力学。对于平面双层片和双层囊泡，我们调查的扩散系数的脂质，空间相关性，和脂质流动的双层内。波动流体力学方法提供了一个很有前途的方式来扩展隐式溶剂粗粒脂质模型用于双层内的动态过程的研究。
2012-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Heterogeneous biological membranes regulate protein partitioning via fluctuating diffusivity
本文利用朗之万动力学与相场方法模拟异质生物膜，揭示了蛋白质在有序/无序域中的扩散率涨落及亚扩散机制，并定量证明域间扩散率差异、域偏好和分子浓度共同决定蛋白质分配。
2023-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic elastohydrodynamics of contact and coarsening during membrane adhesion
University of Oslo（奥斯陆大学）
研究通过随机弹性流体动力学方程揭示膜粘附过程中接触与粗化动力学，发现新的弯曲主导粗化机制。
2025-06-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
On the Statistical Mechanics of Active Membranes: Some Selected Results
University of Houston（休斯顿大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文通过非平衡统计力学框架，推导了活性膜的四个基本机械特性，揭示了波动谱在理解被动和主动膜力学中的作用。
2026-02-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Decoupling of dipolar and hydrophobic motions in biological membranes
细胞使用稳态机制来维持细胞膜中不同类型磷脂的最佳组成。膜界面处的亲水性偶极层由磷脂头基组成，调节细胞膜与进入的分子、纳米颗粒和病毒之间的相互作用。另一方面，膜疏水核心决定膜厚度并形成膜结合分子如跨膜蛋白的环境。一个基本的开放的问题是在何种程度上耦合这些区域的运动，因此，如何强烈的脂质头基与其他分子的相互作用取决于膜疏水核心的性质和组成。我们结合先进的固态核磁共振光谱方法与高保真分子动力学模拟，以证明如何胆碱头基的旋转动力学保持几乎不变（略快）与胆固醇纳入磷脂膜，对比众所周知的其他磷脂片段的极端减速。值得注意的是，我们的研究结果提出了一个新的范例，其中磷脂头基相互作用的准自由旋转的灵活的偶极子在界面上，独立的疏水区域中的属性。
2021-07-12 cond-mat.soft
Coarse-Grained Models of Biological Membranes within the Single Chain Mean Field Theory
利用单链平均场论在分子水平上模拟磷脂膜的平衡结构。DMPC磷脂表面活性剂的粗粒化存在三个水平：详细的44珠双尾模型，10珠双尾模型和最小的3珠模型。我们发现，所有这三种模型都能够再现磷脂双层的基本平衡性质，而最简单的3珠模型是最快的模型，它可以充分描述层的厚度，每脂质的面积和膜的刚度。该方法在描述膜的平衡结构中的准确性与蒙特卡罗模拟竞争，而计算速度和该方法的平均场性质允许直接应用于具有很大复杂性的系统。
2010-02-27 cond-mat.soft
Ice Formation in Model Biological Membranes in the Presence of Cryoprotectors
在低温保护剂二甲基亚砜和甘油存在下，用小角X射线散射和广角X射线散射研究了模型生物膜中冰的形成。选择了DPPC、DMPC、DSPC三种磷脂膜作为研究较好的模型生物膜。使用特殊的低温恒温器将样品从14.1C冷却到-55.4C。WAXS只在磷脂/水二元体系和磷脂/低温保护剂/水三元体系中检测到溶剂过量时的结冰现象。在二元磷脂/水系统中的冰形成导致膜重复距离突然减小Δ-d，即所谓的冰诱导的膜间空间脱水。随着低温保护剂浓度的增加，Δ d值减小。冰的形成不影响膜结构（delta-d = 0）的冷冻保护剂摩尔分数高于0.05。
2001-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Effects of Divalent Cations on Diffusion Dynamics of Biological Water Confined between Lipid Membranes
Global Science Research Center for Systems Chemistry (GCSC)（系统化学全球研究中心）；Department of Chemistry, Chung-Ang University（中央大学化学系）；Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics, Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院分子光谱与动力学中心）；Department of Chemistry, Korea University（韩国大学化学系）
通过分子动力学模拟和广义输运方程，研究了钙离子和镁离子浓度对脂质膜间纳米受限水分子扩散动力学的影响，发现Ca2+单调增加而Mg2+非单调改变扩散系数，归因于不同水合半径及界面结构动力学差异。
2026-05-23 cond-mat.soft
Active matter as the underpinning agency for extraordinary sensitivity of biological membranes to electric fields
University of Houston（休斯顿大学）
本文提出非平衡统计力学模型，揭示活性物质如何使生物膜能检测极低电场，从而解释生物膜对电场异常敏感性的机制。
2025-01-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Diffusion on Ruffled Membrane Surfaces
提出了二维粗糙表面上过阻尼粒子运动的位置朗之万方程。一个布朗动力学算法建议发展这个方程的数值，允许预测的有效（投影）扩散系数在波纹表面。在静态表面粗糙度的情况下，我们发现，一个简单的面积缩放预测的投影扩散系数导致表面上的定量协议与数值结果。为了研究动态表面演化对扩散过程的影响，我们考虑了热起伏弹性膜上的颗粒扩散。表面波动的影响，增加了有效的扩散率对一个限制退火表面值前面讨论。我们认为，细胞表面的蛋白质运动跨越了各种物理制度，使得它不可能确定一个单一的近似方案适合所有的测量的兴趣。
2007-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Curvature-coupling dependence of membrane protein diffusion coefficients
我们考虑蛋白质的横向扩散与膜的曲率相互作用。如果粒子处于具有与粒子的自发曲率一致的特定曲率的膜位置，则相互作用能最小化。我们采用随机模拟，考虑到膜的热波动和颗粒的扩散行为。在本研究中，我们忽略了颗粒对膜动力学的影响，因此膜动力学与自由波动膜的动力学一致。总的来说，我们发现，这种曲率耦合大大提高了扩散系数。我们比较的比率的预测或测量的扩散系数和自由的膜内扩散系数，这是一个参数的模拟，依赖于几个近似的分析结果。我们发现，模拟总是导致一个稍微小的扩散系数比我们的分析方法。作用在颗粒上的力的相关性的详细研究表明，扩散夹杂物试图遵循膜上的有利位置，使得沿轨迹的力平均小于随机颗粒位置。
2007-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hybrid Elastic/Discrete-Particle Approach to Biomembrane Dynamics with Application to the Mobility of Curved Integral Membrane Proteins
我们引入了一种模拟策略，始终耦合连续生物膜动力学的离散生物大分子的运动内或膜上居住。该方法被用来研究的积分膜蛋白，赋予它们周围的双层上的曲率的扩散。这样的蛋白质表现出扩散系数相对于“平坦”蛋白质的大幅降低;这种效果是由基本的流体动力学考虑来解释的。
2009-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluid membranes can drive linear aggregation of adsorbed spherical nanoparticles
使用计算机模拟，我们表明，脂质膜可以介导的线性聚集的球形纳米粒子结合到它的生物相关的弯曲刚度范围很广。这一结果与纳米颗粒在流体界面上的各向同性聚集或生物膜中各向同性插入的预期聚集形成净对比。我们提出了一个相图，表明线性聚集的预期，并明确计算与线性和各向同性聚集的自由能垒。最后，我们提供简单的缩放参数来解释这种现象。
2012-02-06 cond-mat.soft
The mechanics and thermodynamics of tubule formation in biological membranes
膜微管化是一个普遍存在的过程，发生在质膜和细胞内细胞器的膜上。已知这些微管事件是由施加在膜上的力介导的，所述力是由于马达蛋白、细胞骨架的聚合或由于结合到膜上的膜蛋白之间的相互作用而引起的。管形成的大量实验观测已得到相关膜力学的数学建模的充分支持，并提供了深入了解膜管的力-位移关系。最近的进展，在定量生物物理测量的膜蛋白质相互作用和小管形成有必要在建模，将占多个方面的相互作用，同时发生的需要。在这里，我们提出了一个全面的审查小管形成的实验观察，并提供从连续建模框架的背景。最后，我们探讨了在这一领域的未来研究的范围，重点是迭代建模和实验测量，这将使我们能够扩大我们的细胞中的tuberculosis过程的机械理解。
2020-12-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Placement of Biological Membrane Patches in a Nanofluidic Gap with Control over Position and Orientation
本文提出利用摇摆布朗马达和表面势工程，在纳米流体限域中实现对紫膜片的精确定位与取向控制，为构建光驱动纳米混合器件提供了新途径。
2023-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological membranes
已知形成生物膜的脂质双层在亚微米尺度上表现为粘性2D流体;通常它们含有大量活性蛋白质内含物。最近，它已被显示[Proc.Nat.Acad. Sci. USA 112，E3639（2015）]，这类活性蛋白质应诱导非热波动脂质流动，导致生物膜中被动内含物的扩散增强和趋化性样漂移。在这里，这样的效果进行了详细的分析和数值研究。重点讨论了蛋白质在脂筏中的聚集情况。我们表明，被动粒子往往成为吸引主动筏，并积累在他们里面。
2016-08-24 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
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
Collective dynamics in phospholipid bilayers investigated by inelastic neutron scattering: Exploring the dynamics of biological membranes with neutrons
本文首次对磷脂双层膜中的短波长动力学进行了非弹性中子散射研究。我们表明，非弹性中子散射使用三轴光谱仪在高通量反应堆的ILL产生必要的分辨率和信号，以确定模型膜的动态。结果可以定量地比较最近的分子动力学模拟。可以同时测量反射率、面内相关性和相应的动态，以获得最大量的信息。用这种方法，色散关系可以测量具有高能量分辨率。磷脂双层的结构和动力学以及它们之间的关系可以在分子长度尺度上进行研究。
2004-02-03 cond-mat.soft q-bio.BM
Fluctuating Nonlinear Spring Model of Mechanical Deformation of Biological Particles
我们提出了一个新的理论建模的生物颗粒的强制压痕光谱线型，它考虑了非线性赫兹变形由于压头颗粒的物理接触和弯曲变形的弯曲梁建模的颗粒结构。梁的弯曲超过临界点会触发粒子动态转变为塌陷状态，这是一种极端事件，导致力（F）-变形（X）谱中观察到的灾难性力下降。该理论解释了频谱的精细特征：FX曲线的斜率和力峰信号的位置，根据力学特性-赫兹和弯曲变形E_H和E_b的杨氏模量，以及最大强度与最强梁的强度F_b^* 和梁的失效率m的概率分布。应用该理论成功地表征了球形病毒颗粒-CCMV、TrV和AdV的$FX$曲线。
2015-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Gating-by-tilt of mechanosensitive membrane channels
我们提出了一种替代机制的门控的生物膜通道，在响应膜张力，涉及的变化，在通道附近的膜的斜率。在生物膜的紧张局势下，我们表明，封闭（倾斜）和开放（非倾斜）状态之间的能量差可以远远超过KBT，是可比较的简单的逻辑门控下。最近的实验表明，膜小叶的不对称性（自发弯曲）可以强烈影响某些通道的门控。这种现象在倾斜选通下更容易解释，因为它对这种不对称性具有新颖的内在敏感性。
2003-11-25 cond-mat.soft q-bio.SC
Preparation Methods and Applications of Biomimetic Membranes
本章综述模型生物膜的常规制备技术及其局限，并介绍仿生膜在生物物理研究及药物递送、膜蛋白相互作用、生物传感等领域的应用。
2025-09-30 cond-mat.soft
Dynamics of Force Dipoles in Curved Biological Membranes
本研究构建模型探索弯曲生物膜中力偶极子的流体动力学，发现曲率诱导负指数缺陷，偶极子对沿测地线运动，并在强限制下聚集，但极高曲率破坏聚集。
2025-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Spatiotemporal dynamics of ionic reorganization near biological membrane interfaces
本研究通过理论和模拟揭示跨膜局域化离子泵产生长程电场，其传播速度远超扩散，对生物信号传导具有重要意义。
2024-07-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
A Sucrose Solution Application to the Study of Model Biological Membranes
采用小角X射线和中子散射、时间分辨X射线小角和广角衍射结合差示扫描量热法研究了在0 ~ 60%蔗糖缓冲液中的单层和多层二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）囊泡。蔗糖缓冲液降低囊泡的大小和多分散性，并增加了磷脂膜和本体溶剂之间的X-射线对比度充分。蔗糖对膜厚度或烃链的相互堆积没有影响。蔗糖浓度在30%-40%范围内为磷脂囊泡的X射线小角实验创造了最佳实验条件。
2001-10-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Hydrodynamic aggregation of membrane inclusions due to non-Newtonian surface rheology
本研究利用洛伦兹互易定理，揭示了非牛顿表面流变学导致的膜包裹体间长程水动力相互作用，提出蛋白质聚集机制，并通过平均场模型和数值模拟验证了六角晶体的形成。
2023-04-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elastic interaction between "hard'' or "soft" pointwise inclusions on biological membranes
我们计算诱导的弹性相互作用点态膜夹杂物，局部相互作用的二次阶与膜曲率张量。对于各向同性夹杂物，我们恢复通常的相互作用成比例的分离的倒数四次方，然而，与前因子示出了一个非平凡的二次势的刚性$Γ$的依赖。在大的$Γ$限制，对应于"硬“夹杂物，我们恢复了标准的前因子首先获得的Goulian等人。Lett. \textbf{22}，145（1993）]。在小的$Γ$极限下，对应于“软”夹杂，我们恢复了Marchenko和Misbah [Eur. J. E \textbf{8}，477（2002）]。这表明，后者的结果与以前的工作没有根本的差异，只是对应于软夹杂的极限。我们讨论了如何根据逐点描述的粗粒度程度将同一个夹杂物描述为硬或软。最后，我们认为，锥状跨膜蛋白应该从根本上被认为是硬夹杂物。
2003-02-12 cond-mat.soft q-bio
Vortex Flows and Streamline Topology in Curved Biological Membranes
当考虑生物膜中的流动时，它们通常被视为平坦的，尽管它们通常是弯曲的表面，甚至非常弯曲，如内质网的情况。在这里，我们研究的拓扑效应的曲率流动的膜。针对多点涡缺陷的系统，我们可以用几何哈密顿量来描述缺陷的粘性动力学。与平面情况相反，流动产生正折射率的附加缺陷。对于两个涡的简单情况，我们分析预测这些驻点的位置。在低曲率极限下，动力学类似于理想流体中的旋涡，但在高曲率下发生相当大的偏差。几何公式使我们能够构建的时空演变的流线拓扑结构的流体动力学之间的相互作用的旋涡。流线揭示了新的动力学分叉导致自发缺陷对创建和融合。此外，我们发现，膜曲率介导的缺陷结合，并赋予全球旋转的多涡系统，与个别涡仍然相互作用的本地。
2021-05-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Programmable interactions with biomimetic DNA linkers at fluid membranes and interfaces
生物系统的结构化架构和复杂动力学的核心是由生物分子操作的特定和及时的相互作用。在许多情况下，生物分子试剂在空间上被限制在柔性脂质膜上，其中，除了其他功能之外，它们控制细胞粘附、运动性和组织形成。除了是几个生物过程的中心，\emph{multivalent interactions}介导的反应性连接限制在可变形的基板的合成生物平台和先进的仿生材料的设计的基础。在这里，我们回顾了最新进展的实验研究和理论建模的一个异构类的仿生系统中，合成连接介导的流体和可变形的胶体单位，包括脂囊泡和乳液液滴之间的多价相互作用。接头通常由合成的DNA纳米结构制备，使得它们相互作用的热力学和动力学性质完全可编程。多价相互作用与基板的流动性和变形性的统计效应的耦合产生了丰富的新兴现象，在自组装软材料的背景下，已被证明产生异国情调的相行为，刺激响应性，和动力学可编程的自组装过程。应用（合成）生物学也将审查。
2019-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.QM
