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
FCS diffusion laws on two-phases lipid membranes : experimental and Monte-carlo simulation determination of domain size
十多年来，已经做了许多努力来识别和表征模型和细胞脂质膜中的受阻扩散的性质。在为此目的而开发的所有技术中，FCS通过确定FCS扩散定律已被证明是一种非常有效的方法。在本文中，FCS扩散定律被用来探测纯脂质和脂质混合物的行为在温度低于和高于相变，无论是数值，使用一个完整的热力学模型，和实验。在这两种情况下，FCS的扩散规律表现出偏离自由扩散，并揭示了域的存在。这些畴平均尺寸随温度的变化与焓涨落完全相关。
2010-05-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
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
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
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 $(2 + δ)$-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
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 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
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
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
Pore-Spanning Lipid Membrane under Indentation by a Probe Tip: a Molecular Dynamics Simulation Study
我们通过分子动力学模拟研究了悬浮在疏水基底上的纳米孔上的独立脂质膜的压痕。我们发现，在压痕过程中，膜在接触点弯曲，膜的边缘沿孔边缘间歇性地向下滑动，当边缘到达边缘底部时停止滑动。随后继续弯曲，并且大的应变最终在膜中引起相变，从双层结构转变为叉指结构。当压痕足够深时，膜最终破裂。计算了孔区的几个局部物理量，包括脂质分子的倾斜角、排列顺序、夹角和相邻脂质之间的距离。这些量的变化揭示了许多详细的，尚未指定的局部结构的脂质分子下压痕的转变。对压痕力-压痕曲线进行了研究和讨论。结果使微观结构和宏观性质之间的联系，并提供了深入的了解跨越纳米孔的脂质膜的稳定性。
2011-08-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Geometry of membranes
本文综述了膜几何结构的一些理论结果。从自由能的变化出发，导出了描述脂囊泡、自由边脂膜和手性脂膜平衡构型的控制方程。文中还给出了这些方程的一些解析解及其相应的构形。
2011-12-26 cond-mat.soft math.DG physics.bio-ph
Lipid Segregation on Cylindrically and Spherically Curved Membranes
我们调查如何外部施加的曲率影响脂质分离的两相共存膜。我们表明，弯曲模量对比度的两个阶段和曲率共同作用，产生一个减少的有效线张力。在大部分弯曲的膜上，由于一种类似于II型超导体中形成磁涡旋的机制，形成了多个畴（或筏）的状态。我们确定了这种多畴态发生的判据，然后分别计算了圆柱形和球形弯曲膜上形成的畴的大小。
2013-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pore formation phase diagrams for lipid membranes
导出了多孔膜成孔的临界侧压力和多孔膜相图随脂链微观参数的变化关系。推导利用路径积分计算的自由能的合奏半灵活的字符串和刚性杆，分别模仿脂质的疏水性尾巴的脂质双分子层和bolphoid膜。在这两个模型中推导出的膜的面积拉伸/压缩模量的解析表达式。
2014-02-06 cond-mat.soft
Lipid membrane deformation in response to a local pH modification: theory and experiments
我们研究的变形的脂质膜响应于局部pH值的修改。在实验中，将碱性溶液显微注射到巨大的单层囊泡附近。局部变形出现在最接近微量移液管的膜区域中，并且当注射停止时松弛。对这一现象进行了理论描述。它充分考虑了氢氧离子浓度的时空演变过程中和之后的显微注射，以及膜的线性动力学。本说明适用于与膜脂质可逆反应的任何物质的局部注射。我们比较实验数据中得到的域的小变形，我们的线性描述的结果，我们得到了很好的理论和实验之间的协议。此外，我们提出了直接的实验观察的pH值分布在膜上的显微注射期间和之后，使用pH敏感的荧光脂质。
2012-05-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
The $(2+δ)$-dimensional theory of the electromechanics of lipid membranes: III. Constitutive models
本文为脂质膜电力学系列第三部分，提出三维本构模型（牛顿流体与弹性弯曲惩罚）及反应应力，推导出 $(2+δ)$ 维运动方程，以捕获膜厚度效应。
2025-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
The $(2+δ)$-dimensional theory of the electromechanics of lipid membranes: II. Balance laws
本文通过降维方法推导脂质膜电机力学的$(2+δ)$维有效表面理论，在不取零厚度极限下纳入有限厚度效应，满足界面连续条件并捕捉麦克斯韦应力。
2025-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Translational diffusion coefficients of membrane protein aggregates in free and supported lipid membranes
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文通过Kirkwood-Riseman理论研究了膜蛋白聚集体在自由和支撑脂膜中的扩散行为，揭示了流体动力学相互作用对扩散系数的影响，并提出了一种有效计算方法。
2025-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
flippy: User friendly and open source framework for lipid membrane simulations
动物细胞被脂质双层膜包裹和细分。除了作为边界外，这些膜的形状还影响细胞及其隔室的功能。物理上，膜是具有复杂弹性行为的二维流体，这使得除了少数简单情况之外，不可能通过分析预测膜形状。相反，生物膜的形状和行为可以通过模拟来确定。然而，这种模拟的设置和使用需要大量的编程背景。开源和用户友好的软件包，用于模拟生物膜的可用性需要改进。在这里，我们提出flippy，一个开源软件包，用于模拟脂质膜的形状，它们与蛋白质或外部颗粒的相互作用，以及外力的影响。我们的目标是提供一个易于使用的工具，而不牺牲性能或多功能性。Flippy是动态三角形膜的实现。我们使用一个精确而快速的算法来计算膜的几何性质，也可以考虑局部自发曲率，这是一个并非所有离散化都允许的特征。最后，在flippy中，我们还可以包括纯弹性（非流体）膜的区域，从而探索生命系统中遇到的各种形状。
2023-03-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Local stress in cylindrically curved lipid membrane: insights into local versus global lateral fluidity models
本研究针对脂质膜横向剪切模量难以确定的问题，通过分子动力学模拟分析圆柱弯曲膜局部应力，验证全局流动性模型（单分子层厚度积分消失而非局部模量为零），为膜弹性建模及生物过程模拟提供关键依据。
2024-10-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Local Mechanical Response of Lipid Membranes to Tilt Deformation
A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院 A.N. 弗鲁姆金物理化学与电化学研究所）
本研究通过分子动力学模拟探究脂质膜横向剪切变形的局部弹性特性，揭示其诱导局部应力分布各向异性的泊松效应，确定局部横向剪切模量并推导出相关积分弹性参数，且倾斜模量与独立分析结果一致。
2025-09-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
Two- or three-step assembly of banana-shaped proteins coupled with shape transformation of lipid membranes
BAR超家族蛋白具有香蕉形结构域，其导致脂质膜的局部弯曲。我们研究如何这样的局部各向异性曲率诱导蛋白质之间的有效相互作用，并使用无网格膜模拟改变囊泡和膜管的全局形状。蛋白质被建模为香蕉形的杆强烈粘附在膜上。我们的研究表明，棒组装通过两个连续的定向相分离不同于传统的二维相分离。随着杆曲率的增加，在膜管中，杆沿着方位角方向组装，随后沿着纵向方向组装，伴随着管的形状转变。在囊泡中，除了这两个组装过程之外，杆曲率的进一步增加诱导管状支架形成。
2014-08-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Ion-channel-like behavior in lipid bilayer membranes at the melting transition
众所周知，在凝胶-液体相变温度下，脂质双层膜表现出增加的离子渗透性。我们分析了量子化的电流，其中增加的磁导率本身。打开时间直方图显示“-3/2”幂律，这意味着打开-关闭转换速率随着时间的推移像$k(t) \propto t^{-1}$一样减小。我们提出了一个“孔冻结”模型来解释的意见。我们讨论了如何这种模式也导致$1/f^α$噪声，通常观察到的电流在生物和人工膜。
2010-04-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Microparticle assembly pathways on lipid membranes
了解微粒和脂质膜之间的相互作用越来越重要，特别是对于揭示微塑料对我们健康和环境的影响。在这里，我们研究如何一个短程的微粒和模型脂膜之间的粘附力导致膜介导的颗粒组装。使用共聚焦显微镜，我们观察到最初的颗粒附着在膜上，然后颗粒包裹，并在罕见的情况下自发的膜tuberance。在附着状态下，我们测量到粒子迁移率降低了26%。如果多个粒子附着在同一个囊泡上，它们最初的单粒子状态决定了它们的相互作用和随后的组装途径：1）当小的粘附囊泡存在于溶液中时，附着的颗粒仅聚集，2）包裹的颗粒通过膜变形可逆地相互吸引，和3）包裹的和附着的颗粒的组合形成膜介导的二聚体，其进一步组装成各种复杂结构。仅由短程膜-颗粒粘附诱导的不同组装途径的实验观察表明，微粒聚集不需要细胞骨架或其他活性组分。我们认为，这种膜介导的微粒聚集是背后的聚合物微粒在生物体中的保留时间长的报道的原因。
2017-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
The interplay between membrane viscosity and ligand-binding receptor kinetics in lipid bilayers
本研究通过引入依赖于应变水平的黏度构建脂质双层黏弹性本构模型，揭示了膜黏度与配体结合受体动力学的相互作用，为脂质筏活性及细胞力学信号传导提供了新见解。
2024-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
A New Method for Measuring Edge Tensions and Stability of Lipid Bilayers: Effect of Membrane Composition
本文报道了一种新的测量脂膜边缘张力的简便方法。该方法是基于电穿孔的巨型单层囊泡和孔闭合动力学分析。我们应用这种方法来评估膜的边缘张力与四种不同的组合物：卵磷脂（EggPC），二油酰磷脂酰胆碱（DOPC），后者与胆固醇和二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）的混合物。我们的数据证实了EggPC和DOPC的先前结果。向DOPC膜中添加17摩尔%胆固醇导致膜边缘张力增加。相反，当将相同分数的DOPE添加到膜中时，观察到边缘张力的降低，考虑到分子的倒圆锥形几何形状，这是意想不到的结果。据推测，脂间氢键是这种行为的起源。此外，发现胆固醇降低DOPC双层的溶解张力。这种行为与在由硬脂酰油酰磷脂酰胆碱制成的双层上观察到的行为不同，表明胆固醇以脂质特异性方式影响膜的机械稳定性。
2011-02-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Unitary response of solvatochromic dye to pulse excitation in lipid and cell membranes
在空气-水界面处的脂质单分子层中存在声脉冲传播是众所周知的。这些脉冲由脂质膜的热力学状态控制。然而，声脉冲在细胞内和细胞间通讯中的作用仍然是一个有争议的问题。在这里，我们使用的染料二4-ANEPPDHQ，这是已知的是敏感的物理状态和跨膜电位的膜，为了深入了解压缩波在基于脂质的膜界面。将染料掺入到由磷脂酰丝氨酸或磷脂酰胆碱在空气-水界面制成的脂质单层中。当单分子膜的状态从液体膨胀（LE）到液体凝聚（LC）相时，检测到发射光谱的显著蓝移。在使用本体溶剂二甲基亚砜（DMSO）的实验中，二-4-ANEPPDHQ的这种转变敏感性被概括。在溶剂结晶时，发射光谱也经历蓝移。在脂质单层的压缩脉冲，一个显着的荧光响应时，只观察到在主要的过渡制度。这些波的光学特征，在符号和幅度方面，是相同的二-4-ANEPPDHQ在神经元和可兴奋的植物细胞的动作电位过程中的反应。这些发现证实了动作电位是在细胞膜中传播的非线性状态变化的建议。
2022-11-14 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
Lipids diffusion mechanism of stress relaxation in a bilayer fluid membrane under pressure
本文提出了流体双层膜在阶跃压力脉冲作用下的横向应力松弛理论。理论上表明，脂质分子转移到应变区域可能会导致膜的自由能大幅下降，由于局部松弛的应力。同时，这种相同的效应也导致膜的自发弯曲的出现。建议的应力松弛机制可以解释最近的实验观察到的崩溃的离子电导通过蛋白质mechanosensitive通道刺穿大肠杆菌的膜。在通过施加外部压力打开通道后的几秒钟内，电导率降低。理论估计的磷脂扩散时间内的应变区域是有利的实验数据相媲美。我们的理论还预测了膜的曲率增加的同时，由脂质扩散引起的应力松弛。这种效应被提出的理论预测的实验检查。
2002-06-07 cond-mat.soft q-bio.QM
The Physics of Stratum Corneum Lipid Membranes
角质层（SC）是皮肤的最外层，其在专门的脂质基质中包含刚性角质细胞（角蛋白填充的死细胞）。连续的脂质基质提供了防止不受控制的水分流失和外部病原体入侵的主要屏障。与所有其他生物脂质膜（如细胞内细胞器和质膜）不同，SC脂质基质中的分子显示出小的亲水基团和烷基尾长度以及能够形成氢键的基团的数量和位置的大变化。分子模拟提供了一种途径，系统地探测这些差异中的每一个单独的影响。在这篇文章中，我们提出的结果从原子分子动力学选定的脂质双层和多层探测这些多分散性的影响。我们解决的性质的尾部包装在凝胶状相，头基团之间的氢键网络，预期的弯曲模量的小叶，包括SC脂质，和构象非常长的神经酰胺脂质（EOS）在多层脂质组件。
2016-04-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
The surface charge of a cell lipid membrane
本文研究了浸于生理溶液中的脂膜表面电荷问题。结果表明，双层磷脂膜表面两侧均带负电荷。建立了溶液中电位的自洽模型，发现膜表面存在一个固定的电荷密度，表明表面电荷离子位于相对较深的势阱中（与kBT相比），该势阱位于磷脂膜的偶极头附近。它使得离子不可能沿着膜表面滑动。简单的实验验证所考虑的模型的正确性。一个发达的方法可以用于估计的细胞的外膜和内膜上的表面电荷。
2014-10-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
pH Sensing by Lipids in Membranes: The Fundamentals of pH-driven Migration, Polarization and Deformations of Lipid Bilayer Assemblies
大多数生物分子含有调节其结构和相互作用的酸碱基团。结果是pH梯度、局部异质性和动态变化被细胞和生物体用来驱动或调节特定的生物功能，包括能量代谢、囊泡运输、迁移和发育中组织的空间模式。虽然pH值在蛋白质功能中的直接或调节作用已得到充分证明，但氢离子和氢氧根离子在调节脂质组装体（如双层膜）性质中的作用才刚刚开始被理解。在这里，我们回顾的方法，使用人工脂质囊泡，已有助于提供一个理解的pH梯度和局部变化对膜矢量运动过程的影响：迁移，膜曲率的影响，促进全球或局部变形，拥挤产生的分离极化过程。在pH值引起的局部变形的情况下，一个广泛的理论框架，并应用到一个特定的生物问题，即线粒体嵴的结构和稳定性，进行了描述。
2018-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Tracking single particles on supported lipid membranes: multi-mobility diffusion and nanoscopic confinement
在过去的二十年里，支撑的脂质双层被广泛研究。在这项工作中，我们研究了直径为20 nm的单个金纳米颗粒（GNP）连接到GM1神经节苷脂或DOPE脂质在不同浓度的DOPC双层支持的扩散。GNP的无限光稳定性与干涉散射显微镜（iSCAT）的高灵敏度相结合，使我们能够在1 ms的时间分辨率下实现1.9 nm的空间精度，同时保持较长的记录时间。我们的轨迹可视化强烈的瞬态约束内域小至20 nm，和数据的统计分析揭示了多个迁移率和偏离正常扩散。我们提出了一个详细的分析，我们的研究结果，并提供解释的支持基板和GM1集群的影响。我们还评论了使用高速iSCAT研究脂质，蛋白质或病毒在脂质膜中的扩散，具有前所未有的空间和时间分辨率。
2013-12-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamics of molecular rotors in lipid membranes
本研究针对分子转子测膜黏度值偏高的问题，提出其弛豫时间受膜黏度与双层间摩擦共同影响的理论，给出校正因子，为利用已知膜黏度提取难测的双层间摩擦提供了可能。
2024-12-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Coupling of Lipid Phase Behavior and Protein Oligomerization in a Lattice Model of Raft Membranes
Ben Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究探讨了脂质相行为与蛋白质寡聚化之间的耦合机制，通过晶格蒙特卡罗模型分析蛋白质-脂质相互作用与蛋白质-蛋白质相互作用的平衡对膜蛋白寡聚化的影响。
2026-05-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Motion of objects embedded in lipid bilayer membranes: advection and effective viscosity
提出了一种界面正则化的Stokeslet方案来预测嵌入流动脂质双层膜中的固体（例如蛋白质或凝胶相结构域）的运动。该方法提供了一种数值途径来计算复杂流场中的速度和角速度，这些流场不适合于简单的Faxén近似。此外，当施加到剪切运动，计算产生的有效表面粘度的稀刚体负载膜的预测。在圆柱形蛋白质的情况下，有效的粘度计算相比，从文献中的两个先前的分析预测。有效的粘度预测的棒状物体在膜中的稀悬浮液。
2019-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Pattern formation of phase-separated lipid domains in bilayer membranes
针对GUVs脂质相分离图案与现有理论不符的问题，提出结合膜弹性形变和脂质相分离（由优选双层曲率耦合）的理论，结合解析数值方法解释实验，给出可验证预测，为生物膜空间图案化机制研究提供新方向。
2023-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular Dynamics simulations of Doxorubicin in sphingomyelin-based lipid membranes
多柔比星（DOX）是用于许多癌症治疗的最有效的抗肿瘤药物之一。将其掺入基于脂质的纳米载体（如脂质体）中，提高了药物靶向肿瘤细胞并减少了药物副作用。预计载体的脂质组成会影响DOX的相互作用及其分配到脂质体膜中。为了合理地了解这方面并确定有前途的脂质组合物，我们使用数值模拟，它提供了在原子分辨率水平上DOX-膜相互作用的独特信息。特别是，我们结合经典的分子动力学模拟和自由能计算来阐明质子化阿霉素分子（DOX+）渗透到潜在的脂质体膜的机制，在这里建模为基于磷脂酰胆碱（PC），鞘磷脂（SM）和胆固醇脂质分子的混合物，不同的组合物和脂质相的脂质双层。此外，我们分析DOX+分区到SM为基础的脂质双层系统的相关区域使用自由能方法的组合。我们的研究结果表明，DOX+渗透和分区促进进入不太紧密包装的SM基膜，并依赖于脂质组成。这项工作为进一步研究基于脂质的载体的最佳配方铺平了道路，例如与pH响应膜相关的那些。
2021-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Atomistic picture of fluorescent probes with hydrocarbon tails in lipid bilayer membranes: an investigation of selective affinities and fluorescent anisotropies in different environmental phases
通过恢复到光谱学，可以监测荧光探针的生物环境的变化，并且可以检测周围脂质双层膜的各种相的存在。这项研究突出了重要的差异，在方向和位置，因此在效率之间的探针，当它们被用于荧光显微镜筛选各种脂质双层膜相。依赖于脂质的组成，两种探针的过渡态偶极矩和膜的法线之间的角度被发现明显偏离90°。可以看出，DiI-C18（5）探针位于SM：Chol混合物的头基区域，与水分子紧密接触。荧光各向异性研究还表明，与其他考虑的膜相比，DiI-C18（5）在SM：Chol膜中产生了独特的行为。对于所研究的BODIPY探针，还没有看到后一种行为，其位于膜的更深处。
2019-10-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Partitioning of 1-alkanols in composite raft-like lipid membrane
虽然众所周知1-烷醇具有麻醉特性，但其作用方式仍然是个谜。采用原子分子动力学模拟研究了不同链长的1-烷醇在由不饱和二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）、饱和二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）和胆固醇（Chol）组成的筏状模型膜中的分配，该模型膜呈现出液-序（lo）-液-序（ld）相共存的相结构.模拟结果表明，1-烷醇对膜力学性能的影响随链长的增加而增大，尤其是1-烷醇更倾向于在ld相区分配。对于长链烷醇，1-烷醇在膜中的渗透显著增加。我们还发现了1-链烷醇上的脂质和膜的刚性的链的顺序的依赖性。
2018-06-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Morphology and Interaction between Lipid Domains
细胞膜是脂质、蛋白质和小分子的异质混合物。饱和脂质和胆固醇的特殊分组形成液体有序相，称为“脂筏”，作为整个分泌途径的信号传导、运输和物质运输的平台。问题仍然是细胞如何保持异质性的流体膜与多个阶段，通过时间，在长度尺度上与没有观察到大规模的相分离的事实相一致。我们已经利用了机械建模和体外实验相结合，以表明，膜形态可以是一个关键的球员在维持这种异质性和组织这样的领域在膜。我们表明，脂质结构域可以采用平坦或凹陷的形态，后者有利于排斥的相互作用，减缓聚结，并倾向于组织域。这些力量，这取决于域形态，发挥重要作用，在调节脂质结构域的大小和在膜中的脂质的横向组织。
2009-04-08 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.QM
Physical mechanisms of micro- and nanodomain formation in multicomponent lipid membranes
本文总结了文献中提出的各种物理机制，这些机制可以在多组分脂质双层和生物膜中产生微米和纳米结构域。它主要关注不涉及直接蛋白质-蛋白质相互作用的脂质驱动机制。具体地说，它考虑了（i）基于脂-脂相分离的平衡机制，如接近临界点的临界团簇形成，以及弯曲几何形状中的多个域形成，（ii）稳定二维微乳液的平衡机制，如双分子层和单分子层中的线性作用和曲率-组成耦合的作用，以及（iii）由生物膜与细胞环境的相互作用引起的非平衡机制，例如膜再循环和细胞质的钉扎效应。理论预测与模拟和实验一起讨论。介绍是由相变和临界现象的理论指导，并在附录中总结了数学背景在金兹伯格-朗道理论的框架内以简洁的方式。
2016-11-13 cond-mat.soft 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
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
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
