Role of particle local curvature in cellular wrapping
通过脂质膜的细胞摄取在吸收营养和对抗感染方面起着重要作用，并且可用于药物递送和纳米医学开发。内吞作用是细胞摄取的已知途径之一，其与包裹在外来颗粒周围的膜的弹性形变相关。膜本身的变形能力受到位于膜下的皮质细胞骨架的强烈调节。已经表明，颗粒的大小、形状和取向影响它们进入细胞。在这里，我们研究的作用，颗粒的局部曲率在细胞摄取的弹性膜周围的椭圆形截面的长圆柱形物体的调查包装。膜本身粘附在模仿细胞骨架的基质上。无论最初的接触发生在颗粒的高度弯曲的尖端（扁长形）还是沿着其长边（扁圆形），膜包裹的进展都不同。我们得到一个包装相图作为膜细胞骨架和膜靶粘附能的函数，其中包括三个不同的制度的吞噬（未包装，部分包装，完全包装），分离的两个相变。我们还提供了不同制度之间的边界，这证实了过渡强烈依赖于粒子的取向和纵横比的解析表达式。
2022-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coarse-grained molecular dynamics simulation for uptake of nanoparticles into a charged lipid vesicle dominated by electrostatic interactions
我们使用粗粒度的分子动力学模拟来研究中性或带电纳米颗粒（NPs）和由中性和带负电荷的脂质组成的囊泡之间的相互作用。我们专注于亲水性和疏水性的吸引力和静电相互作用的脂质分子和NP之间的相互作用强度。当疏水相互作用足够强时，中性NP穿过脂质膜。随着带正电荷的NP的化合价增加，与中性NP相比，NP的膜渗透速度增加，并且带电荷的脂质在带电荷的NP周围积累。一个带电荷的高价NP通过一个由带电荷的脂质或转运样内吞作用形成的瞬时通道穿过脂质膜。通过对渗透过程的密度关联函数分析，可以对渗透过程进行分类。当非静电相互作用参数足够大时，带负电荷的NP可以吸附在膜上，并且在NP正下方形成中性富脂区域。NP在各种条件下自发地掺入囊泡中，并且该掺入由膜曲率介导。我们揭示了NP的行为取决于NP价，大小和非静电相互作用参数。
2019-07-24 cond-mat.soft
Lipid Bilayer-Coated Curcumin-based Mesoporous Organosilica Nanoparticles for Cellular Delivery
具有按需释放能力和生物相容性的有效和可控的药物递送系统在生物医学应用中受到极大的关注。在这里，我们描述了一种新型的无机-有机杂化材料，其有机物含量高得惊人，几乎达到50重量%。在这项工作中合成的胶体周期性介孔有机硅（PMO）纳米粒子完全由姜黄素和乙烷衍生物作为成分，通过硅氧烷桥交联，没有任何添加的二氧化硅。这些介孔姜黄素纳米颗粒（MCNs）表现出非常高的表面积（超过1000 m2/g）、窄的粒度分布（约200 nm）和在模拟生物介质中惊人的高稳定性。此外，MCNs在活细胞实验中用作货物递送系统。支撑的脂质双层（SLB）有效地密封孔并释放罗丹明B作为HeLa细胞中的模型货物。这种新型纳米载体概念为开发可控且高度生物相容的治疗诊断系统提供了一个有前途的平台。
2015-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropy-Driven Initiation and Cellular Uptake Mediated by Viscoelastic Cytoskeleton: A Kinetic Phase Diagram from Onsager Variational Principle
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；Zhejiang Key Laboratory of Soft Matter Biomedical Materials, Wenzhou Institute, University of Chinese Academy of Sciences（温州研究院，中国科学院大学，浙江省软物质生物医用材料重点实验室）
研究受体介导内吞作用中配体和受体靠近的初始驱动力问题，基于昂萨格变分原理开发连续介质模型，纳入多种因素，通过动力学相图预测相关参数，为细胞摄取提供变分基础，对多领域有重要意义。
2026-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Controllable synthesis of calcium carbonate with different geometry: comprehensive analysis of particles formation, their cellular uptake and biocompatibility
精心设计的微米和纳米载体可以在生物医学应用中提供优于常规宏观对应物的显著优势。为了成功实现输送，应考虑一系列要求，包括高装载能力、触发释放机制、生物相容性和生物降解性。多孔碳酸钙（CaCO3）是最有前途的平台之一，它可以满足所有前面提到的要求。在这里，我们研究了碳酸钙的颗粒形成和生物适用性。特别地，使用基于氯化钙和碳酸钠/碳酸氢钠在有机添加剂的存在下以不同比例的共沉淀的绿色可持续方法合成各向异性的不同形状的CaCO3颗粒。系统地研究了盐浓度、反应时间以及有机添加剂对CaCO3颗粒的影响，实现了CaCO3颗粒的可控和可靠设计。已经证明，颗粒的结晶度（球霰石或方解石相）取决于初始盐浓度。制备的碳酸钙颗粒的负载能力由其表面性质如比表面积、孔径和zeta电位决定。使用不同形状的CaCO3颗粒（球状体、椭圆体、环形体）来评价它们对C6神经胶质瘤细胞的摄取效率。结果表明，椭圆形颗粒具有更高的被癌细胞内化的可能性。所有测试的颗粒也被发现具有良好的生物相容性。设计CaCO3颗粒的物理化学性质的能力对药物递送应用具有显著影响，因为颗粒几何形状显著影响细胞行为（内化、毒性）并且允许优于标准球形对应物。
2021-06-30 cond-mat.soft
Electric Field Induced Macroscopic Cellular Phase of Nanoparticles
发现具有非常低体积分数的纳米颗粒的悬浮液在AC和DC电压的集体影响下组装成宏观细胞相。系统的研究表明，这种相变的电泳组装成一个二维的配置，然后由spinodal分解成富含颗粒的墙壁和颗粒贫细胞介导的电流体动力学流动的结果。这种机制的理解揭示了细胞相形成所需的两个特征，即1）被认为是二维的系统和2）短程吸引力，长程排斥力粒子间相互作用。除了确定细胞相形成的机制之外，这项工作还提出了一种从纳米级颗粒中可逆地组装微米级连续结构的方法，这种方法可以创造出影响包括能量存储和过滤在内的不同领域的材料。
2021-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How cells wrap around virus-like particles using extracellular filamentous protein structures
纳米颗粒，如病毒，可以通过内吞作用进入细胞。在内吞作用期间，细胞表面包裹纳米颗粒以有效地吃掉它。先前的焦点是纳米颗粒的大小和形状如何影响内吞作用。然而，受到细胞外波形蛋白影响病毒和细菌摄取以及冠状病毒结构的影响，我们构建了一个计算模型，其中细胞样构建体和病毒样构建体都含有从其表面突出的丝状蛋白结构。然后，我们研究这些额外的自由度对病毒包装的影响。我们发现，具有最佳密度的丝状细胞外组分（ECCs）的细胞更容易被感染，因为它们更快地吸收病毒，并且每个病毒使用相对较少的细胞表面积。在最佳密度下，细胞表面围绕病毒折叠，折叠比褶皱状包装更快，更有效地包裹病毒。我们还发现，细胞表面的抗弯刚度有助于产生褶皱，因为抗弯刚度增强了整个表面的力传递。然而，改变其他机械参数，例如丝状ECC或病毒刺突的拉伸刚度，可以驱动细胞表面的褶皱状形成。我们的结论与我们的研究的病毒样颗粒的进化压力的影响，特别关注的细胞微环境，可能包括丝状ECCs。
2023-01-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Origin of broad polydispersion in functionalized dendrimers and its effects on cancer cell binding affinity
具有多个配体的纳米颗粒已被提出用于纳米医学。每个纳米颗粒上的多个靶向配体可以结合到细胞表面上的几个位置，从而促进药物靶向和摄取。实验表明，共轭配体的分布是出乎意料的广泛，解吸速率似乎指数依赖于连接的配体的平均数。这两个发现解释了一个模型，其中配体共轭的纳米粒子具有积极的协同性的$\approx 4kT$，和纳米粒子结合到一个表面上的多个键是永久固定。这推动了对数据的新分析，证实了只有一个解吸的时间常数，即通过单键结合到表面的纳米颗粒。
2010-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Nanoparticle diffusion in sheared cellular blood flow
使用多尺度血流求解器，在很宽的剪切速率和红细胞压积范围内计算剪切细胞血流中纳米颗粒（NP）的完整扩散张量。在短时间范围内，纳米颗粒在高剪切和高红细胞压积下表现出异常的分散行为，这是由于红细胞（RBC）的瞬时伸长和排列。在长时间范围内，NP扩散张量具有高各向异性。特别地，存在临界剪切速率（$\sim$ 100 $s^{-1}$），在该临界剪切速率附近，扩散率张量的剪切速率依赖性从线性尺度变为非线性尺度。在临界剪切速率以上，横向扩散系数项随剪切速率呈亚线性变化，而纵向扩散系数项随剪切速率呈超线性变化。红细胞压积的依赖性是线性的一般情况下，除了在高剪切速率，其中一个次线性尺度被发现的涡度项和二次尺度的纵向项。通过分析悬浮液的微观结构和数值实验，NP扩散张量的非线性血液流变学的依赖性归因于高剪切下的红细胞的顺流伸长和横流收缩，量化的毛细管数。RBC尺寸被证明是影响RBC增强剪切诱导扩散（RESID）的特征长度尺度，而亚微米级的NP尺寸对RESID的影响可以忽略不计。基于所观察到的标度行为，提出了经验相关性的桥梁NP扩散张量特定的剪切速率和红细胞压积。特征NP扩散张量提供了一个本构关系，可以导致更有效的连续模型，以解决大规模的NP生物运输应用。
2019-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Effect of the Protein Corona Formation on Antibody Functionalized Liquid Lipid Nanocarriers
本研究构建了偶联抗HER2-FITC抗体的功能化脂质液体纳米胶囊，通过理化表征和细胞实验证实，蛋白冠的形成不会消除其细胞靶向特异性，但会使肿瘤细胞对纳米载体的摄取量降低40%。
2024-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Size and shape control of magnetite nanoparticles with a nonselective binding surfactants
火星陨石、磁性墨水、药物靶向、电池、核磁共振成像对比、数据存储甚至临床热疗似乎都没有联系，但它们都有一个共同点，那就是一种叫做磁铁矿的黑色矿物。然而，在这些应用中，这种氧化铁以不同的形式出现，因为它们的光学，电学和磁学性质强烈依赖于表面活性剂的大小，形状和种类。在这个意义上，这种特性的控制长期以来一直是科学和技术的兴趣。在AC磁场辅助的癌症治疗\textit{e.g.}中，从生物学观点来看，纳米颗粒与细胞的相互作用关键地由控制它们在生物环境中的命运的表面性质决定。除了大小，形状等因素似乎也影响细胞摄取。另一方面，在固定频率和磁场下的比吸收率（SAR）极大地依赖于纳米颗粒的尺寸、形状、结晶各向异性和聚集或团聚程度的平均值和分布。这些因素中的每一个都有助于独立的能量损失机制：Néel弛豫，Brown弛豫或磁滞损耗。因此，提高给定应用的效率的关键是关于形态控制的知识。
2014-02-05 cond-mat.soft
Receptor-Mediated Endocytosis of a Cylindrical Nanoparticle in the Presence of Cytoskeleton Substrate
细胞对颗粒的内化对于吸收营养和抵抗感染起着至关重要的作用。内吞作用是颗粒物摄取的重要机制之一，它包括多种途径。虽然内吞作用是一个复杂的机制，涉及生物化学信号和主动力的产生，能量的成本与包裹在外来颗粒周围的细胞膜的大变形是一个重要的因素控制这个过程，这可以使用定量物理模型进行研究。特别令人感兴趣的是膜-细胞骨架和膜-靶粘附之间的竞争。在这里，我们探讨了一个长圆柱形物体周围的脂质膜的包装在模仿细胞骨架的基板的存在下。使用离散化的Helfrich弹性能量，占膜的弯曲刚度和表面张力，我们得到一个包装相图作为一个功能的膜细胞骨架和膜靶粘附能，包括未包装，部分包装和完全包装状态。我们提供了一个分析表达式的不同制度之间的边界。虽然向部分包裹的过渡与膜张力无关，但向完全包裹的过渡受膜张力的影响很大。我们还表明，目标包装可能会进行在一个不对称的方式在全包装制度。
2019-03-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Massart iron oxide nanoparticles in mechanobiology
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Sorbonne Université（索邦大学）；INSERM（法国国家健康与医学研究院）
马萨特铁氧化物纳米颗粒通过机械力调控细胞和组织功能，用于机械生物学研究及细胞力学诊断。
2025-12-01 cond-mat.soft
Nanoparticle charge-transfer interactions induce surface dependent conformational changes in apolipoprotein biocorona
在引入生物系统后，工程纳米材料（ENM）迅速与各种生物分子（如蛋白质和脂质）结合，形成生物冠。生物冠的存在会显著影响纳米生物相互作用，并最终导致生物反应的改变。载脂蛋白A-I（ApoA-I）是高密度脂蛋白（HDL）的主要成分，是在ENM生物冠中发现的最普遍的蛋白质之一，与ENM的性质、大小和形状无关。鉴于ApoA-I在HDL和胆固醇转运中的重要性，有必要了解ApoA-I吸附的机制和相关的结构变化，以评估ENM暴露的后果。在这里，我们使用了一个全面的阵列的显微镜和光谱工具来阐明ApoA-I和100 nm银纳米粒子（AgNPs）与四个不同的表面官能团之间的相互作用。我们发现，蛋白质的吸附和二级结构的变化是高度依赖于表面功能。我们的电化学研究为电荷转移相互作用影响ApoA-I展开提供了新的证据。虽然ApoA-I在AgNPs上的展开没有显著改变它们的细胞摄取和短期细胞毒性，但我们观察到它强烈改变了仅一些AgNPs在巨噬细胞中产生活性氧的能力。我们的研究结果揭示了生物冠形成的表面功能和电荷转移相互作用的重要性。
2016-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of Shape on Interaction Dynamics of Tetrahedral Nanoplastics and the Cell Membrane
本研究通过耗散粒子动力学模拟探究四面体纳米塑料与细胞膜的相互作用，发现其可被膜稳定摄取且存在两种局部能量最低构型，膜限域会改变其运动特性且尺寸增大时平动与转动模式解耦，为纳米颗粒形状效应研究提供基础见解。
2023-08-27 cond-mat.soft
Supported pulmonary surfactant bilayers on silica nanoparticles: Formulation, stability and impact on lung epithelial cells
研究表明，暴露于颗粒物后，超细部分（< 100 nm）可能沿着呼吸道沉积到肺泡区域。为了评估纳米颗粒在肺中的作用，必须解决其与不同肺环境（包括肺衬里液和上皮细胞）的生物化学相互作用的问题。在这里，我们研究这些相互作用的情况之一，并研究支持的脂质双层（SLB）对40 nm荧光二氧化硅颗粒对活细胞的命运的作用。我们首先研究了Curosurf（一种用于替代疗法的肺表面活性剂替代品）存在下的颗粒相行为。结果发现，固尔苏囊泡强烈相互作用的纳米粒子，但不自发形成SLB。为了实现这一目标，我们使用超声处理来重塑囊泡膜并诱导颗粒周围的脂质融合。离心沉降和电子显微镜进行，以确定最佳的涂层条件和层厚度。然后，我们探讨了表面活性剂SLB对恶性上皮细胞系的细胞毒性潜力和相互作用的影响。所有体外试验表明，SLB减轻颗粒毒性和内化率。在细胞质中，颗粒定位也是强烈的包被依赖性的。它的结论是，SLB深刻影响细胞的相互作用和功能在体外，并可能代表一种替代策略的颗粒涂层。目前的数据也揭示了一些关于颗粒或病原体通过空气-血液屏障运输的潜在机制。
2017-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane penetration and trapping of an active particle
纳米或微米尺寸的颗粒与细胞膜之间的相互作用在许多生物和生物医学应用中是至关重要的，例如将药物和基因递送到细胞和组织。在它们的细胞摄取期间，颗粒可以经由被动内吞作用或通过主动渗透穿过细胞膜以到达靶细胞区室或细胞器。在这篇手稿中，我们开发了一个简单的模型来描述自驱动球形颗粒（通过有效的恒定主动力移动）与最小膜系统的相互作用，从而允许渗透和捕获。我们数值计算这个系统的状态图，膜的形状，和它的动力学。在这种情况下，我们表明，活性粒子可能会被困在膜附近或穿透它，膜可以被永久破坏或恢复其初始形状的自我修复。此外，我们系统地推导出一个连续描述，允许准确地预测我们的大部分结果分析。这种分析理论有助于确定我们的模型的通用方面，这表明它的大部分成分应该适用于广泛的膜，从简单的模型系统组成的磁性微粒脂质双层。我们的结果可能是有用的，以预测合成的最小膜的机械性能。
2019-01-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Capillary-Assisted Printing of Droplets at a Solid-Like Liquid-Liquid Interface
本文提出利用纳米颗粒表面活性剂构建类固态油水界面以稳定水滴，结合打印技术控制液滴位置实现自组装，并通过金纳米颗粒功能化界面实现光流控操控。
2024-05-02 cond-mat.soft
