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
Structure and Electrical Properties of DNA Nanotubes Embedded in Lipid Bilayer Membranes
通过脂质双层膜工程化合成纳米孔以进入细胞内部是生物技术中长期存在的挑战。在这里，我们证明了基于瓦的6-螺旋DNA纳米管（DNT）嵌入POPC脂双层的稳定性和动力学使用0.2微秒长的平衡MD模拟轨迹的分析。我们观察到，靠近管腔的脂质分子的头部基团合作地向DNA的亲水性糖-磷酸骨架倾斜，并在膜中突出的DNT补丁周围形成环形结构。此外，我们探讨了离子浓度对脂质-DNT复合物的溶液结构和稳定性的影响。通过对恒电场MD模拟的跨膜离子电流的测量，得到了脂质膜中充水DNT腔的I-V特性。随着盐浓度的增加，多孔DNT管腔的跨膜离子电导的测量值从4.3 nS变化到20.6 nS。在孔的口处具有ssDNA和dsDNA突出端的DNT的模拟显示了门控效应，对于打开和关闭状态的纳米孔，跨膜离子电导率具有显著差异。
2017-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
On measuring the acoustic state changes in lipid membranes using fluorescent probes
超声越来越多地用于调节生物膜的性质，以用于药物递送和神经调节。虽然各种研究已经调查了相互作用的机械方面，如声吸收和膜变形，但尚不清楚这些效应如何影响生物功能，例如，膜的渗透性或酶活性的变化。酶活性的一个关键方面是其溶剂化或水合壳的热波动。还已知热波动与膜渗透性直接相关。在这里，溶剂化壳的变化的脂质膜受到声脉冲进行了研究，使用荧光探针，Laurdan。将Laurdan包埋在水中的多层脂质囊泡中，将其暴露于峰值幅度为1MPa、脉冲持续时间为10μs的宽带压力脉冲。开发了一种仪器，以亚微秒时间分辨率监测染料在两个波长处的发射光谱的变化。实验表明，在发射光谱的变化，因此溶剂化壳层的波动，有关的膜的热力学状态的变化，并与入射声波的压缩和稀疏。结果表明，声场影响脂质膜的状态，因此可以潜在地调节嵌入膜中的通道和蛋白质的动力学。
2018-11-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Molecular Self-Organization of Three-Component Lipid Membranes
通过构建一个Landau型能量泛函，我们研究了细胞膜中三组分混合物的分子组织。在强相互作用的限制，我们使用赝自旋变量分子之间的相互作用模型，并使用平均场论将它们转换为非相互作用的变量。其次，我们通过Helmholtz自由能构造了双序参量Landau型能量泛函。通过对朗道自由能的分析，绘制了细胞膜上均相态和不同相分离态的相图。
2020-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Non-monotonic fluctuation spectra of membranes pinned or tethered discretely to a substrate
本文计算了由系链阵列与固体支撑简谐耦合的流体膜的热涨落谱。对于强系链，该光谱表现出非单调的各向异性行为，在约两倍系链距离的波长处具有相对最大值。对均方根位移进行评估，以估计典型的膜位移。可能的应用包括柱支撑或聚合物系留膜。
2005-09-26 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
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
Computer Simulation of Cytoskeleton-Induced Blebbing in Lipid Membranes
水泡是在许多生理过程中形成的气球状膜突起。利用计算机模拟的一个基于粒子的模型耦合到一个弹性网络的自组装脂质双层，我们研究的相行为和动力学的气泡。我们发现，气泡的形式为大值的双分子层和细胞骨架的面积之间的比率。我们还发现，当细胞骨架受到局部消融或均匀压缩时，可以诱导起泡。所获得的结果与实验证据定性一致，该模型开辟了详细研究水泡形成动力学的可能性。
2011-10-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Visualization of membrane loss during the shrinkage of giant vesicles under electropulsation
我们研究了透化电场施加到两种不同类型的巨型单层囊泡，第一种形成的EggPC脂质和第二种形成的DOPC脂质的效果。两种脂质类型的囊泡的实验显示囊泡半径的减小，这被解释为是由于透化过程中的脂质损失。我们表明，在尺寸上的减少可以定性地解释为脂质面积的损失，这是成比例的面积的囊泡透化。直接观察到三种可能的机制负责脂质损失：孔形成，囊泡形成和小管形成。
2010-01-15 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
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 $(2 + δ)$-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
Fluid-membrane tethers: minimal surfaces and elastic boundary layers
薄的圆柱形系链是常见的脂质双层膜结构，出现在从人工囊泡的显微操作实验到高尔基体的动态结构的情况下。我们研究的形状和形成的系绳的经典肥皂膜问题，这是适用于膜盘的情况下，张力受到一个点力。对于足够大的位移，在力的作用点附近，从弹性边界层形成一个系绳。给出了膜形状各方面的分析结果。
2002-01-16 cond-mat.soft
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
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
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
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
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
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
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
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
Power-law decay of force on cell membrane tethers reflects long-ranged relaxation of membrane tension
本文通过基于张力扩散的理论预测并实验验证了膜系绳力随时间以1/3幂律衰减，揭示膜张力通过长程脂质流动弛豫，为膜张力全局作用机制提供了定量证据。
2025-02-08 cond-mat.soft
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
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
Excess area dependent scaling behavior of nano-sized membrane tethers
细胞膜中的热波动表现为过量面积（${\cal A}_{\rm ex}$），其在亚微米尺度上控制大量物理过程。我们提出了一个理论框架，在硅片上的系绳拉法的基础上，这可能是用来可靠地估计活细胞中的${\cal A}_{\rm ex}$。从我们的模拟估计系绳力比较以及与我们的实验测量从破裂的GUV和HeLa细胞提取的系绳。我们证明了我们的方法的意义和有效性，显示我们所有的计算以及实验系绳提取在15种不同的细胞类型崩溃到两个统一的比例关系映射系绳力，系绳半径，弯曲刚度$κ$，和膜张力$σ$。我们发现，$R_{\rm bead}$，润湿区域的大小，是一个重要的决定因素提取的系绳，这是等于$ξ=\sqrt{κ/2σ}$（膜的特征长度尺度）为$R_{\rm bead}<ξ$的半径，并等于$R_{\rm bead}$为$R_{\rm bead}>ξ$。我们还发现，估计的多余面积遵循线性缩放行为，仅取决于膜的${\cal A}_{\rm ex}$的真实值，基于此，我们提出了一种自洽的技术来估计细胞中多余膜面积的范围。
2016-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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 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
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
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
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
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
Binding of curvature-inducing proteins onto tethered vesicles
系留囊泡由圆柱形膜管和球形囊泡组成，通过光学镊子和微量移液器实验施加的机械力产生。这种拴系囊泡用于检查曲率诱导蛋白的曲率传感。在这项研究中，我们澄清如何结合蛋白质的横向各向同性自发曲率的感觉和产生的膜曲率的拴系囊泡使用平均场论和无网格膜模拟。膜管中蛋白质密度和管曲率的力依赖曲线分别从力点反射对称和点对称，其中管具有感测曲率。结合蛋白质的弯曲刚度和自发曲率可以从这些力依赖曲线估计。在低和高的力振幅下，管中的低和高蛋白质密度之间可以发生一级转变。均相的模拟结果与理论预测吻合得很好。此外，在模拟中还发现了具有微相分离的串珠状管。
2021-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Lipidation-induced bacterial cell membrane translocation of star-peptides
本研究通过分子动力学模拟揭示脂化可增强星形抗菌肽聚合物SNAPPs的α-螺旋稳定性并降低其跨膜自由能垒，其中C12脂化破坏细菌膜效果最佳，为设计抗多重耐药菌的下一代抗菌剂提供了依据。
2025-05-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluctuation spectra of free and supported membrane pairs
计算了流体复合膜系统的涨落谱。所解决的系统包含两个（或多个）几乎平行的膜，由谐波系绳或由连续的，谐波限制电位连接。此外，这种复合系统可以附着到支撑基底上。我们比较准解析结果的系绳与相应的连续模型的分析结果，并调查在什么情况下的系绳的离散性实际上影响的波动。具有相似弯曲刚度和刚性系索的系索支撑膜对可以具有具有最大值的非单调波动谱。一个非单调谱的最大值和最小值可以发生的自由或支持的膜对，而不同的弯曲刚度和刚性系绳。典型的膜位移计算支持膜对离散或连续的相互作用的潜力。由此，给出了组成的两个膜和基底通常彼此接近的程度的估计。对于具有离散或连续相互作用的支撑膜对，每个膜的典型位移相对于单个支撑膜改变，其中靠近基底的膜的位移减小，而更远的膜的位移增强。
2006-12-18 cond-mat.soft
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
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
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
