Bilayer Membrane in Confined Geometry: Interlayer Slide and Steric Repulsion
从弹性理论的第一性原理出发，导出了双层类脂膜的自由能泛函。该模型明确地包括位置相关的单分子层的相互滑动和弯曲变形。我们的液晶膜的自由能泛函允许膜的不可压缩性和面内剪切模量的消失，并服从平面双层的反射和旋转对称性。膜中面的层间滑动导致单分子膜表面密度的局部差异。滑动振幅通过应变张量直接进入自由能。对于小的弯曲变形，弯曲模量与面积压缩系数之间的比率Kb/KA与单层厚度h的平方成比例。利用该泛函，我们进行了自洽计算的空间位势作用在双层之间的平行限制壁之间的距离为2d。我们发现，温度依赖的曲率在最小的限制势是增强的四倍的双层与幻灯片相比，一个单位双层。本文还计算了壁间双层膜的粘性模态。纯弯曲的膜进行了研究，这是解耦的面积膨胀在小幅度。粘性耗散的三个来源被认为是：水和膜的粘度和层间阻力。分散有两个分支。壁之间的限制修改了相对于本体溶液中的膜的弯曲模式。同时，层间滑移模式，阻尼粘滞阻力，保持不变的约束。
2004-03-28 cond-mat.soft
Self-assembly of 2D membranes from mixtures of hard rods and depleting polymers
我们阐明的分子力导致组装的二维膜状结构组成的一个杆长厚单层的对齐杆从不混溶悬浮液的硬棒和耗尽聚合物。我们进行模拟预测，单层膜是热稳定的临界杆纵横比以上，低于临界耗尽相互作用长度尺度。在这些条件之外，诸如堆叠的近晶柱或微滴的替代结构是热稳定的。这些预测证实了使用病毒杆状分子和非吸附聚合物的实验模型系统。我们的工作表明，集体分子突起波动本身就足以稳定膜组成的均匀杆与简单的排除体积相互作用。
2011-03-14 cond-mat.soft
Microscopic membrane elasticity and interactions among membrane inclusions: Interplay between the shape, dilation, tilt and tilt-difference modes
一个唯象的朗道弹性的形状，扩张，和脂质倾斜的双层膜的开发。形状模式与单分子层倾斜的和耦合，而膨胀模式与单分子层倾斜的差耦合。膜夹杂物之间的相互作用进行了讨论。内含物改变膜厚度和/或由于其凸形或凹形而引起倾斜差，产生膨胀引起的吸引和倾斜差引起的排斥。由此产生的相互作用可以稳定2D晶体相，当膨胀倾斜差耦合较大时，可能存在不同晶格间距。有利于晶体的包裹体是那些具有长凸或短凹疏水核的包裹体。由于夹杂物的圆锥形状，它们会引起局部膜曲率，从而相互排斥。在短的夹杂物分离，与夹杂物的锥角相媲美的倾斜发展：它放松膜曲率，减少排斥。在大的分离处，倾斜消失，不管形状倾斜耦合的值是多少。
1998-10-22 cond-mat.soft
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
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
Structure and thermodynamics of supported lipid membranes on hydrophobic van der Waals surfaces
本研究利用控温原子力显微镜分析了磷脂酰胆碱单层在石墨和六方氮化硼等疏水范德华晶体上的吸附，发现其取向依赖浓度且转变温度显著高于亲水基底，为新型药物递送和生物传感设备应用提供了重要参考。
2024-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Elastic Properties and Line Tension of Self-Assembled Bilayer Membranes
采用自洽场论方法，以两亲性柔性链溶解在亲水性高分子溶剂中的模型体系为研究对象，研究了自组装双层膜的弹性性质.检查自由能的双层膜具有不同的几何形状，使我们能够计算它们的弯曲模量，高斯模量，两个四阶膜模量，和线张力。系统地研究了这些参数对两亲性链的微观特征的依赖性，其特征在于亲水组分的体积分数。从一个简单的单层模型，它近似由两个单层的双层膜的结果与理论预测进行了比较。最后，通过检验高阶贡献，分析了线弹性理论的有效区域。
2013-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Polyhedral vesicles
利用布朗动力学模拟研究了具有大弯曲模量的膜如凝胶相脂质膜的多面体囊泡。囊泡呈现出各种多面体形态，如四面体和立方体形状。我们澄清了两种类型的线缺陷的多面体的边缘：裂纹的两个单层的自发曲率单层$C_{\text {0}}<0$，和裂纹的内层单层在$C_{\text {0}}\ge0$。在后者的缺陷周围，内部单层正弯曲。我们的结果表明，多面体的形态是由$C_{\text {0}}$。
2002-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of an asymmetric bilayer lipid membrane in a viscous solvent
双层脂质膜（BLM）是许多生物系统的重要组成部分，在细胞和周围环境之间形成功能屏障。当膜从结构扰动松弛时，松弛的动力学取决于双层结构。我们提出了一个模型的BLM在粘性溶剂中，包括一个明确的描述的“厚”膜，其中单层小叶的厚度的波动耦合到该单层内的脂质密度的变化。我们发现色散关系描述了三种直观形式的双层运动，包括一个模式描述运动的单层间表面没有注意到以前在文献中。两个内在的长度尺度出现，有助于解释的动力学;众所周知的萨夫曼-德尔布鲁克长度和另一个，$\ell_r$，由单层间的摩擦。该框架还允许单层小叶之间的BLM参数的不对称性，这被发现耦合双层运动的动态模式。
2015-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Micropatterned Charge Heterogeneities via Vapor Deposition of Aminosilanes
氨基硅烷通常用于电荷反转或在氧化物表面上产生耦合层。我们提出了一种化学气相沉积法图案云母表面与高品质的氨基硅烷（3-氨丙基三乙氧基硅烷，APTES）单层的区域。该方法依赖于氨基硅烷通过PDMS（聚二甲基硅氧烷）膜中的图案化通孔阵列的气相沉积，该PDMS膜充当掩模。在水溶液中，表面具有规则的电荷不均匀性图案，在大面积上具有最小的地形变化。这种多用途的干剥离沉积方法解决了多层形成的问题，并可用于在曲面上形成电荷图案。我们确定了实现高质量单层和底层云母表面电荷反转的必要步骤：1）己烷萃取以从膜中除去未反应的PDMS低聚物，否则这些低聚物会沉积在基底上并污染基底，2）氧等离子体处理膜表面的顶部以产生阻挡APTES通过PDMS传输的阻挡层，和3）在沉积过程中降低APTES的蒸气压，以使云母-膜-蒸气接触线处的APTES冷凝最小化，并防止多层形成。在这些条件下，AFM成像显示，单分子膜的高度为0.9nm，在云母-膜-蒸气接触线处高度增加至3 nm。荧光成像在平坦和弯曲表面上展示图案保真度，特征尺寸在6.5-40 μ m之间变化。我们通过测量均匀的APTES单分子膜和云母表面在水溶液中的双电层力来验证电荷反转，并且通过测量相同的APTES表面之间的双电层力来表征APTES单分子膜的表面电势。在pH4.0时，表面电位为110 mV。
2016-09-16 cond-mat.soft
Saffman-Delbrück and beyond: a pointlike approach
我们表明，一个很好的解析近似的Saffman-Delbrück（SD）定律（流动性的生物膜夹杂物）可以很容易地从所产生的速度场的点状力在二维流体中嵌入在溶剂中，通过使用一个小的波长截止的数量级的粒子的半径~$a$。用这种方法，我们得到的SD法律，考虑到双层性质的膜和单层间的摩擦$b$的分析概括。我们还推导出，在一个计算，始终耦合准平面二维（2D）膜流与3D溶剂流，SD法时产生的包含创建一个局部自发曲率的校正。对于跨越平坦双层的内含物，发现SD定律在将膜的2D粘度$η_2$替换为单层粘度的总和时简单地保持，只要$b$在实践中远低于已知实验值的阈值以上，就不受$b$的影响。对于仅位于两个单层之一（或粘附于一个单层）的夹杂物，当$b<η_2/(4a^2)$时，SD定律受$b$影响。在这种情况下，迁移率可以增加到两倍，因为相对的单层没有完全被夹杂物拖曳。对于一个包含创建一个局部自发曲率，我们表明，总摩擦是SD摩擦的总和，由于拉回所创建的膜变形，一个点，假设没有在文献中的演示。
2019-12-04 cond-mat.soft
Instability of flat disks with respect to the formation of twisted ribbons in smectic-A monolayers
由手性fd病毒和聚合物耗尽剂的水溶液自组装的Smectic-A单分子膜可以呈现出各种形状，如扁平圆盘和扭曲带。基于近晶A相的de Gennes模型、膜弹性的Helfrich模型和简单的边缘能量的理论模型先前已被用于计算盘带相图。在本文中，我们将这个模型应用到薄带形核过程。首先，我们研究了“波纹盘”，已被观察到的前体的丝带。使用由Meyer提出的模型形状，其中包括在平面内和平面外方向上的波纹，我们研究了作为边缘能量模量（聚合物浓度的测量）和平均曲率模量k的函数的盘的能量。我们发现，作为边缘能量模量减少的波纹的径向尺寸迅速增长与实验观察。对于足够小的k，我们发现，平面外的波纹尺寸的增长，但其值饱和在一小部分的扭曲穿透深度，太小，实验观察。对于大的k，膜保持平坦，但在径向方向上的波纹。这样的膜不具有负高斯曲率，因此将不太可能产生扭曲的条带。我们还研究了通过拉伸局部区域中的平坦膜的边缘产生的扭曲带的创建。在使用一对光学陷阱的实验中，已经观察到，一旦膜被充分拉伸，在拉伸的边缘上形成条带。我们研究这个过程理论上使用的自由能组成的Helfrich和边缘能量。我们添加一个小的带状扰动的突起producd通过拉伸，并确定它是否是积极有利的突起的大小的函数。
2013-02-11 cond-mat.soft
Monolayer curvature stabilizes nanoscale raft domains in mixed lipid bilayers
根据脂筏假说，生物脂质膜是横向异质的，并且充满了纳米级有序的“筏”结构域，这些结构域被认为对膜中蛋白质的组织起重要作用。然而，稳定这种小木筏的机制尚不清楚，甚至有时它们的存在也受到质疑。在这里，我们报告的观测筏状结构的粗粒度的多组分脂质双层分子模型。在小尺度上，我们的膜分层成液体有序（lo）和液体无序（ld）相。在大尺度上，相分离被抑制，并在ld环境中让位于包含纳米尺寸lo域的微乳液型状态。此外，我们引入了一种机制，产生筏的有限大小的单层曲率和局部组成之间的耦合。我们发现，在LO和LD相的单分子膜的自发曲率之间的不匹配诱导弹性相互作用，这降低了LO和LD相之间的线张力，可以稳定筏域的特征尺寸为几个纳米的顺序。我们的研究结果表明，筏在多组分双层膜可能是密切相关的调制纹波相位在单组分双层膜。
2013-03-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Analytical derivation of thermodynamic properties of bilayer membrane with interdigitation
我们考虑了一个具有交错结构的双层脂膜模型，其中相对单层的脂尾相互渗透。通过将双层内相对单层中的疏水链的尾部连接作为第一近似来模拟交错。一些的结晶特性进行了计算分析，并与一个经常的膜没有交错。研究发现，连接双层模型与规则双层模型在层间界面处的侧压力分布存在显著差异，在连接情况下，侧压力中面峰消失，而每条链的自由能增加。在我们的模型中，我们发现，在例如液体凝聚相的核内的链的伸长的情况下，均匀的交错对于膜的自由能来说将比伸长的链和液体膨胀的周围之间的疏水失配的能量更昂贵。尽管如此，沿着核边界的不均匀交错可能发生在宽度大致随疏水性错配幅度变化的"带“内。
2009-02-24 cond-mat.soft q-bio.QM
Coupling between membrane tilt-difference and dilation: a new ``ripple'' instability and multiple crystalline inclusions phases
本文讨论了膜的微弹性的连续朗道理论，它包含了双层膜厚度变化和两个单层膜倾斜角之差之间的耦合。这种耦合稳定了具有波纹微结构的新相。膜内含物之间的相互作用结合了膨胀引起的吸引力和倾斜差异引起的排斥力，产生2D晶相，不同的晶格间距的大耦合可能共存。有利于晶体的包裹体是那些具有长凸或短凹疏水核的包裹体。
1998-06-23 cond-mat.soft
Structure, dynamics and phase behavior of short rod inclusions dissolved in a colloidal membrane
溶解在各向异性准二维膜中的包裹体获得了新的相互作用类型，可以驱动复杂结构和图案的组装。我们研究了由长杆和短杆的二元混合物组成的胶体膜，使得长杆与短杆的长度比约为2。在非常低的体积分数下，短杆通过强烈锚定到膜聚合物界面而溶解在长杆的膜中。在更高的分数，溶解的短杆相分离的背景膜，创建一个复合结构的双层液滴富含短杆共存的背景单层膜。这些结果表明，胶体膜作为一个通用的平台，用于组装软材料，同时提供了新的见解普遍膜介导的相互作用。
2019-06-15 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
Interplay of curvature-induced micro- and nanodomain structures in multicomponent lipid bilayers
我们讨论了不同的机制，曲率诱导域形成多组分脂膜，并提出了一个理论模型，使我们能够研究域之间的相互作用。该模型表示的膜由两个耦合的单层，其中每个携带一个额外的序参量字段描述当地的脂质组成。每个单层的自发曲率耦合到局部组合物，此外，相对单层上的脂质组合物彼此耦合。利用这个模型，我们在平均场近似下计算了双层膜的相行为。所得的相图令人惊讶地复杂，并揭示了各种相和相变，包括修饰的微区相，其中纳米区沿微区边界排列。我们的研究结果表明，外部膜张力可以用来控制多组分脂质双层中的纳米结构域（可能与脂“筏”相关）的横向组织。
2015-11-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Curvature effects in charge-regulated lipid bilayers
我们提出了脂双层膜中静电相互作用的理论，其中两个单层小叶都含有受电荷调节的可解离部分。我们专门研究了膜曲率和电荷调节的脂质双层囊泡使用线性Debye-Hückel（DH）和非线性Poisson-Boltzmann（PB）理论之间的耦合。我们发现，电荷调控的其他对称的双层膜可以诱导电荷对称性破缺，非线性挠曲电和自由能的异常曲率依赖。pH值的影响超出了静电重整化膜的机械弹性性能的范例。
2022-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Molecular Dynamics simulations and Kelvin Probe Force microscopy to study of cholesterol-induced electrostatic nanodomains in complex lipid mixtures
生物膜和单层内的脂质和蛋白质的分子排列产生复杂的膜形态以及不同的电表面电位、形貌和静电纳米级域的区域。在软物质中探测这些纳米畴是一个具有挑战性的任务，无论是在实验上还是在理论上。本文研究了胆固醇、脂质成分、脂质电荷和脂质相对单层结构和表面电位分布的影响。原子力显微镜（AFM）用于解析拓扑纳米结构，开尔文探针力显微镜（KPFM）用于解析脂质单层中这些纳米结构的表面电势。研究了由二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）、1，2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DOPC）、1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（POPC）、1，2-二油酰-sn-甘油-3-[磷酸-rac-（3-赖氨酰（1-甘油））]（DOPG）、鞘磷脂和胆固醇组成的模型单层。结果表明，胆固醇改变纳米结构域的形成，影响地形和电表面电位。用原子分子动力学（MD）研究了表面电位差异的分子基础。MD模拟定性匹配的实验结果，与100 mV的液体无序双层（Ld，更少的胆固醇和较低的链序）和液体有序双层（Lo，更多的胆固醇和更高的链序）之间的静电势差。重要的是，Lo和Ld相之间的静电性质的差异表明了一种新的机制，通过这种机制，膜组成与膜功能相结合。
2016-11-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Electrical properties of polar membranes
生物膜是电容器，可以通过在膜上施加电场来充电。电容器上的电荷在膜上施加力，导致电致伸缩，即膜变薄。由于力是电压的平方，负电压和正电压对对称膜的物理性质具有相同的影响。然而，对于具有导致永久电极化的强度的不对称性的膜，情况并非如此。大小相同的正电压和负电压导致不同的性质。这种不对称性可能源于膜的两个单层上不同的脂质组成，或源于膜曲率。后一种效应被称为“挠曲电性”。作为永久极化的结果，膜电容器在不同于零的电压下放电。这导致了有趣的电现象，例如膜渗透性的向外或向内整流。在这里，我们介绍了一个广义的理论框架，对待电容，极化，挠曲和压电在同一语言。
2014-11-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Membrane properties revealed by spatiotemporal response to a local inhomogeneity
我们从理论上研究的时空响应的脂质膜提交到其环境的局部化学变化，考虑到时间依赖性的配置文件的试剂浓度，由于在膜上方的溶液中的扩散。我们表明，一段时间后，试剂浓度分布的演变的影响变得可以忽略不计。然后，可以提取膜对化学改性的响应的感兴趣的性质。我们发现，两个单层之间的局部密度不对称性松弛扩散在整个膜。这种行为是由单层间摩擦驱动的。此外，我们展示了如何的自发曲率变化的比例，由化学改性引起的平衡密度变化可以从局部膜变形的动态提取。这种信息不能通过分析存在于不同的膜环境中的平衡囊泡形状的光的面积差弹性模型。
2012-12-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamics of bilayer membranes with diffusing transmembrane proteins
我们考虑含有任意形状的跨膜蛋白的脂质双层的流体力学。这一生物学问题与细胞膜有关，其波动动力学在细胞迁移、细胞间运输和细胞通讯等现象中起着关键作用。使用Onsager的变分原理，我们推导出的方程，管理的松弛动力学的膜的形状，双层小叶的质量密度，和扩散的蛋白质的浓度。与我们的一般形式主义，我们得到了一些结果膜动力学。我们发现，蛋白质跨越双分子层增加单层间的摩擦系数。重整化，这可能是显着的，是成反比的蛋白质的流动性。其次，我们发现，不对称蛋白耦合到膜曲率和单层密度的差异。对于几乎所有可访问的膜张力（$σ> 10^{-8}$ N/m），我们表明，蛋白质密度是最慢的放松变量。此外，由于与曲率的耦合，其弛豫速率在小波长处减小。我们应用我们的形式主义的大规模扩散的浓缩蛋白质补丁。我们发现，由于有效扩散系数的波矢依赖性，扩散轮廓不是自相似的。
2016-10-07 cond-mat.soft
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
Nanoconfined, dynamic electrolyte gating and memory effects in multilayered graphene-based membranes
在各个片之间掺入电解质的多层石墨烯基纳米多孔膜是一种独特的纳米异质结构系统，其中石墨烯中的纳米限制电子和片之间限制的离子在整个膜中紧密耦合。与电解质门控不太可能出现在多层石墨烯堆叠中的一般概念相反，在这项工作中证明了单层石墨烯中的电解质门控效应可以转移到其相应的多层多孔膜。通过限制在纳米孔中的电解质在每个单独的石墨烯片上呈现的这种门控效应提供了用于探测纳米限制的双电层的复杂动力学的实时电方法。这使得能够观察超级电容器中的离子记忆效应，并对超级电容器的充电动力学产生新的见解。这些发现可能会刺激新型纳米离子器件的设计。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermo-mechanic-electrical coupling in phospholipid monolayers near the critical point
脂质单分子膜已被证明是研究脂质膜的机械和热力学性质以及它们与蛋白质相互作用的有力工具。本文用Einstein的涨落理论证明，实验导出的跃迁熵S与面积A以及跃迁熵与电荷q之间的线性关系意味着压缩系数κ T、热容c π、热膨胀系数α T与电容CT之间的线性关系。我们证明，这些耦合具有很强的预测能力，因为它们允许计算的电气和热性能的机械测量。随着临界点TC的接近，预报精度逐渐提高。
2010-05-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane-mediated protein-protein interaction: A Monte Carlo study
我们使用粗粒度模型研究跨膜蛋白之间的膜介导的相互作用。我们比较了两种蛋白质之间的平均力（PMF）的有效潜力，它们总是平行于模拟盒的z轴对齐，与那些具有波动方向的蛋白质获得的PMF。的PMFs是由振荡包装驱动的贡献和一个光滑的吸引力的疏水性失配的贡献，如果蛋白质的疏水长度匹配的膜的厚度消失占主导地位。如果允许蛋白质方向波动，则与具有固定方向的蛋白质相比，振荡大大减少。此外，疏水错配相互作用具有较小的范围。最后，我们比较了两个蛋白质周围的二维厚度分布与两个耦合单层的弹性理论的预测，并发现它们非常吻合。
2012-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Electrostatic cluster formation in lipid monolayers
我们研究相分离的中性和高度负电荷的脂质混合单分子膜，诱导的二价正电荷的抗衡离子。我们发现pip2和sopc混合物的实验和简化模型的模拟之间有很好的一致性，其中只保留了基本的静电相互作用。因此，我们的研究结果支持解释的pip2聚类主要由静电相互作用，其中二价离子，如钙介导的有效吸引力之间带电荷的脂质。令人惊讶的是，介导的吸引力足够强，几乎完全相分离，因此当pip2的总浓度较低时，甚至可以形成簇，就像在细胞膜中的情况一样。
2010-03-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Quantifying Ionic Liquid Affinity and Its Effect on Phospholipid Membrane Structure and Dynamics
本研究通过实验与分子动力学模拟，揭示了咪唑基离子液体通过改变脂质分子面积诱导膜无序性并增强横向扩散，阐明了长链离子液体因增加膜流动性与渗透性而导致较高毒性的机制。
2025-02-07 cond-mat.soft
Spiralling molecular structures and chiral selectivity in model membranes
针对模型膜致密脂质结构域的面内分子取向细节不明问题，采用相位分辨和频产生显微镜技术解析混合手性磷脂单层膜的三维分子结构，发现其呈螺旋介观堆积且结构域生长具强对映选择性，可为同手性演化及对映选择性药物设计提供启示。
2023-12-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Condensation effect and transport on Alumina porous membranes
本研究通过调控等离子体清洗时长改变氧化铝纳米孔膜润湿性，结合Polanyi吸附理论分析水冷凝与输运，发现水膜越厚输运性越好、初始单分子层因孔壁作用停滞，为水蒸气捕获等应用提供理论支撑。
2024-09-25 cond-mat.soft
Amphiphiles at Interfaces: Simulation of Structure and Phase Behavior
计算机模拟两亲体系的粗粒分子模型可以深入了解两亲物在界面处的结构。它们可以帮助识别决定相行为的因素，并且它们可以在原子描述和唯象场论之间架起桥梁。在这里，我们专注于两亲性膜的模型系统。在一个简短的一般性介绍后，我们提出了选定的模拟结果，单层，双层和双层堆栈。首先，我们讨论内部相变在膜和理想化的模型再现的通用相行为。然后我们考虑膜波动和膜缺陷。模拟数据与介观理论进行了比较，并提取了有效的唯象参数。
2004-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Controlling the shape and topology of two-component colloidal membranes
自组装膜的几何形状和拓扑结构的变化是细胞生物学和工程学中各种过程的基础。与脂质双层类似，单层胶体膜具有面内流体样动力学和面外弯曲弹性。它们的开放边缘和微米长度尺度提供了一个易于处理的系统，以研究膜组装和重构的平衡能量学和动态途径。在这里，我们发现，掺杂胶体膜与短混溶棒转换盘形膜成鞍形表面与复杂的边缘结构。鞍形膜很好地近似Enneper的极小曲面。理论模拟表明，它们的形成是由增加正高斯模量，这反过来又控制的短棒的分数驱动。鞍形表面的进一步聚结导致各种拓扑上不同的结构，包括悬链、三点、四点和更高阶的结构。在长时间尺度上，我们观察到一个系统跨越，海绵状阶段的形成。胶体膜的独特特征揭示了实时伴随聚结途径的拓扑变换。我们通过使它们的形状对外部刺激做出反应来增强这些膜的功能。我们的研究结果展示了一种控制薄弹性片形状和拓扑结构的新途径--一种由成分不均匀性引起的涌现弹性驱动的途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Current rectification via Photosystem I monolayers induced by their orientation on hydrophilic self-assembled monolayers on titanium nitride
本研究利用带亲水端基的有机膦酸盐自组装分子在超平氮化钛上固定取向特定的PSI单层膜，测得最高约200的电流整流比，验证了基于蛋白内部电偶极子的整流机制，该自下而上制备方法可为PSI的光电子等研究提供支撑。
2024-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Protein Adsorption on Lipid Monolayers at their Coexistence Region
我们从理论上研究了蛋白质以及其他大分子在空气-水界面处被纳入两亲性单分子膜的行为。我们假设的单层是在共存区域的“主”过渡，其中域的液体凝聚相共存的液体扩展的背景。使用一个简单的平均场自由能占蛋白质和两亲分子之间的相互作用，我们得到的空间蛋白质分布具有以下特点。当蛋白质优先与液体浓缩或液体膨胀结构域相互作用时，它们将溶解在相应的相中。当蛋白质在能量上与两亲分子的密度相当无关时，它们将定位在（二维）液体膨胀相和凝聚相之间的线边界处。在这两种极限情况之间，发生蛋白质的离域转变。这种转变可以通过改变温度或掺入的蛋白质的量来实现。这些发现与最近的荧光显微镜实验一致。我们的研究结果也适用于脂质多组分膜共存的不同的流体相。
1998-03-21 cond-mat.soft q-bio
Domain size polydispersity effects on the structural and dynamical properties in lipid monolayers with phase coexistence
本研究通过Brownian dynamics模拟发现，脂质单层中结构域尺寸多分散性会显著影响相互作用强度的估算，但在特定参数范围内可用单分散模型近似。
2018-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Towards predicting shear-banding instabilities in lipid monolayers
针对脂质单层凝聚区剪切带失稳缺乏理论描述的问题，本文采用宏观增量稳定性分析并引入 hyperfoam 超弹性本构势，成功预测不同条件下剪切带起始。
2024-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Proteins as Bioelectronic Materials: Electron Transport Through Solid-State, Protein Monolayer Junctions
蛋白质中的电子传递是许多生物化学反应的基本元素，在溶液中的电子传递已经被深入研究。我们报告的结果，电子输运（ETp）测量跨蛋白质，夹在两个固体电极之间的长期目标的理解在多远的蛋白质特性表示（和可以利用）在这样的配置。虽然迄今为止大多数这样的研究进行了一个或几个分子的交界处，我们提出了高产率，可重复的大面积单层连接的蛋白质从三个不同的家庭：天青蛋白（AZ），蓝铜ET蛋白，细菌视紫红质（bR），膜蛋白质生色团复合物与质子泵功能，和牛血清白蛋白（BSA）的制备。令人惊讶的是，这种结上的电流-电压（I-V）测量，这是高度可重复的，显示Az和bR之间的差异相对较小，即使后者缺乏一个已知的ET功能。穿过Az和bR的ETp比穿过BSA的效率高得多，但对于后者，电流仍然很高，并且衰减系数太低而与相干隧穿不一致。相反，非弹性跳跃，建议占主导地位的ETP在这些结。其他特征如不对称的I-V曲线和不同蛋白质的不同行为可以被视为固态电导中的分子特征。
2009-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.soft
Measuring the mechanical properties of asymmetric membranes in computer simulations -- new methods and insights
本研究提出一种测量非对称膜弹性参数的新模拟方法，可获取标准模拟无法得到的自发曲率等参数，揭示了膜密度接近转变密度时的相分离与密度-曲率耦合机制及其细胞过程意义。
2025-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
