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
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
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
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
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
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
Membrane Stretching Elasticity of Lipid Vesicle and Thermal Shape Fluctuations
测定模型脂膜的弯曲弹性模量的最广泛使用的方法之一是分析近球形脂囊泡的形状波动。米尔纳和赛峰给出了这种分析的理论基础。在他们的理论中，没有考虑拉伸效应。在本研究中，我们推广了他们的方法，包括后推导出的统计力学的囊泡的应用程序的拉伸效果。
2017-12-28 cond-mat.soft
Tear of Lipid Membranes by Nanoparticles
随着纳米技术的出现，人们对健康的关注急剧上升，因为人们发现纳米尺寸的颗粒可以到达细胞腔。血浆和细胞器脂质膜暴露于进入和吞噬的纳米颗粒，是可能破坏的主要目标。然而，报道的粘附、内陷和纳米颗粒（NP）嵌入不会损害膜的完整性，从而排除了作为毒性机制的直接双层损伤。这里显示，脂质膜可以被足够小的纳米颗粒撕裂，从而揭示了脂质膜如何通过从纳米颗粒撕裂而受损的机制。令人惊讶的是，通过暴露于纳米颗粒的脂质体的低温透射电子显微镜（cryo-TEM）的可视化也揭示了通过颗粒丰度防止脂质体撕裂。膜破坏的结果，因此从一个微妙的颗粒膜的相互作用，在这里阐明。这为纳米颗粒对脂质双层的影响的理论机制提供了更坚实的分子基础，并为更好地评估纳米颗粒毒性铺平了道路。
2020-01-02 cond-mat.soft
Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes
我们研究了电荷对巨单层囊泡（GUV）的膜形态的影响，这些囊泡由含有带电脂质的各种混合物组成。我们通过荧光和共聚焦激光显微镜观察了由中性不饱和脂质[二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）]、中性饱和脂质[二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）]、带电不饱和脂质[二油酰磷脂酰甘油（DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$）]、带电饱和脂质[二棕榈酰磷脂酰甘油（DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$）]和胆固醇（Chol）组成的脂质混合物中的膜形态。在中性DOPC/DPPC和带电DOPC/DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$的二元混合物中，形成球形囊泡。另一方面，用由DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$和DPPC组成的GUV经常观察到孔形成。在DPPC/DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$ /Chol三元混合物中，也经常观察到孔形成的囊泡。成孔囊泡的百分比随着DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$浓度的增加而增加。此外，当通过添加盐来筛选带电脂质的头基电荷时，在二元和三元带电脂质混合物中孔形成的囊泡都被抑制。我们讨论了带电脂质混合物中孔形成的机制以及相分离与膜形态之间的关系。最后，我们再现了实验系统中看到的结果，通过使用粗粒度的分子动力学模拟。
2016-01-07 cond-mat.soft
Hydrodynamic effects on concentration fluctuations in multicomponent membranes
本文研究了流体动力学效应对多组分流体膜临界浓度波动动力学的影响。考虑了两种几何情况：（i）约束膜情况和（ii）支撑膜情况。我们数值计算波数的有效扩散系数的依赖性，通过改变温度和/或体相流体的厚度。在某些极限情况下，将所得结果与以前得到的解析表达式进行了比较。一个类比的多组分膜的二维微乳液探索有限的膜的几何形状。
2010-11-26 cond-mat.soft
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
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
A Poisson-Boltzmann approach for a lipid membrane in an electric field
在非线性（Poisson-Boltzmann）机制下，研究了非导电准平面脂膜在电解质和静态（DC）电场中的行为.由于在膜脂质和双层中的电荷的静电效应导致在这里分析的膜弹性模量的校正。我们表明，特别是在低盐限，i）由于德拜层的静电贡献的膜的表面张力跨越从二次行为的外部施加电压的线性电压制度。ii）由于德拜层对膜的弯曲模量的贡献对于高电压饱和。然而，由于有效的负表面张力的线性Debye-Hückel理论预测的膜波动不稳定性，坚持在非线性，高电压制度。
2010-04-16 cond-mat.soft
On the phase behaviour of pure PSPC and PEGylated multi-component lipid and their interaction with Paclitaxel: An all-atom MD study
研究纯脂质和多组分脂质在不同温度下的结构行为以及这些多组分脂质与药学上重要药物的相互作用具有巨大的重要性。在这里，我们研究了纯PSPC（1-棕榈酰-2-硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱），多组分PSPC和DSPE-PEG 2000（1，2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N [氨基（聚乙二醇）-2000]）膜在7个不同的温度范围从280 K到360 K的相行为，并计算了它们的结构特性。我们观察到从凝胶相到液晶相之间的320 K和330 K的过渡与纯PSPC的实验报告一致。PSPC在320 K和310 K时保持在倾斜的凝胶相L \b{eta} $'$中，在300 K时进入“混合有序”结构域，并形成部分交叉区，在280 K时形成亚凝胶相。我们研究了多组分PSPC和DSPE-PEG 2000膜的自组装，发现在320 K下有序相和无序相共存。与纯PSPC相比，对于多组分体系，这种转变是渐进的，并且在320 - 310 K之间发生完全的液晶到凝胶相转变。我们进一步研究了紫杉醇与纯PSPC和聚乙二醇化的多组分脂质双层的相互作用，观察到PEG促进紫杉醇与后者的相互作用相比，前者。在双层转变温度以上，紫杉醇与双层的相互作用更多，并且对于两个系统都容易进入双层内部。了解聚乙二醇化多组分脂质双层与Paclitaxel的结构和相互作用行为将有助于探索Paclitaxel在未来的药物应用。
2021-03-25 cond-mat.soft
Spontaneous Lipid Binding to the Nicotinic Acetylcholine Receptor in a Native Membrane
烟碱乙酰胆碱受体（nAChR）和其他五聚体配体门控离子通道（pLGIC）是天然的神经元膜与一个不寻常的脂质组成。虽然这是公认的，这些受体可以显着调制的脂质，基本机制已主要研究模型膜只有几个脂质种类。在这里，我们使用粗粒度的分子动力学（MD）模拟探测在一个复杂的准神经元膜的脂质的特异性结合。我们对由36种脂质组成的膜中的单个nAChR进行了总共50微秒的模拟。多种脂质物质之间的竞争产生复杂的分布。我们发现，总体而言，胆固醇选择凹intersubunit网站和PUFAs选择凸M4网站，而单不饱和和饱和脂质不富集在nAChR边界。为了表征结合到特定的网站，我们提出了一种新的方法来计算“密度阈值亲和力”从连续的密度分布。我们发现，M4的亲和力减弱与链刚性，这表明柔性链可能有助于放松圆锥形蛋白质形状造成的包装缺陷。对于任何位点，PE头基具有所有磷脂头基中最强的亲和力，但阴离子脂质仍如预期的那样产生对M4位点的中等高亲和力。我们观察到阴离子头基和饱和链之间的合作效应在M4网站的内部小叶。我们还分析了个别阴离子头基的亲和力。结合起来，这些见解可以调和几个明显矛盾的实验中的作用，阴离子磷脂调节nAChR。
2021-02-03 cond-mat.soft
Lipid membranes with an edge
考虑一个边缘自由暴露的脂质膜。描述这种膜的能量是其几何形状的外在曲率的二次函数;描述边缘的能量与其长度成比例。在本说明中，我们确定的边界条件所满足的平衡膜上的这一边缘，利用变分原理。推导是免费的膜几何形状的对称性的任何假设。相对于早期的工作轴对称配置，我们发现存在一个额外的边界条件，这是完全满足的限制。通过考虑在边缘处操作的力的平衡，我们提供了边界条件的物理解释。最后，我们讨论的效果，除了高斯刚性项的膜。
2002-03-15 cond-mat.soft
Biomimetic membranes of lipid-peptide model systems prepared on solid support
膜活性肽的结构及其与脂质双层的相互作用可以在沉积在固体基质上的定向脂质膜中进行研究。这样的系统对于许多表面敏感技术是期望的。在这里，我们专注于X射线和中子反射率的结构表征，并给出了在样品制备和测量的最新进展的帐户。我们发现，在薄膜中的介观无序的程度可以显着影响的散射曲线。静态缺陷应通过优化制备技术来最大限度地减少，并且在建模时必须考虑到它们的存在。举例说明了丙甲霉素和爪蟾抗菌肽在不同磷酸胆碱的双层。
2015-04-09 cond-mat.soft
Dynamics of Spontaneous Wrapping of Microparticles by Floppy Lipid Membranes
脂质膜形成细胞内外和许多亚区室之间的屏障。因此，它们结合到各种各样的纳米和微米尺寸的物体上，并且在存在强粘合力的情况下，强烈变形并包裹颗粒。这种包裹在许多健康和疾病相关的过程中起着关键作用。到目前为止，很少有工作集中在包装过程的动态。在这里，使用一个模型系统的微米级的胶体颗粒和巨大的单层脂质囊泡与可调的粘附力，我们测量的速度的颗粒在其包装过程中，以及施加在它的力的脂质膜。在接触线处的耗散似乎是决定包裹速度和包裹物体的时间的主要因素。
2021-08-30 cond-mat.soft
Dual effect of cholesterol on interfacial water dynamics in lipid membranes: Interplay between membrane packing and hydration
The University of Osaka（大阪大学）
研究揭示胆固醇对脂质膜界面水动力学的非单调影响，通过分子动力学模拟发现胆固醇通过改变膜 packing 和水合区域密度调控水分子动力学特性。
2025-12-15 cond-mat.soft
Lipid membrane domains control actin network viscoelasticity
本文研究嵌入粘弹性肌动蛋白网络中的二维脂质膜凝聚体，发现网络各向异性应力使凝聚体形成三角形形貌，且相分离粗化加速网络弛豫，通过调控膜组成可控制材料弹性-粘性转变。
2024-10-22 cond-mat.soft
Theory of the asymmetric ripple phase in achiral lipid membranes
我们提出了一个唯象理论的相变在非手性脂膜中的两个耦合的序参量-一个标量序参量描述的脂链熔化，和一个矢量序参量描述的链熔化过渡以下的烃链的倾斜。现有的理论模型不能解释相图的所有观察到的特征，特别是位于流体和倾斜凝胶相之间的不对称波纹相的详细微观结构。相比之下，我们的双组分理论再现了波纹相的所有显著结构特征，提供了相图和微观结构的统一描述。
2010-11-15 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
The irreversible thermodynamics of curved lipid membranes II: Permeability and osmosis
该论文提出一种结合不可逆热力学与修正积分定理的理论，模拟弯曲变形脂质膜，发现偏应力是渗透性的新型驱动力，并给出完整方程与边界条件。
2025-09-25 cond-mat.soft
Protein-lipid domains in heterogeneous membranes beyond spontaneous curvature effects
我们研究了一个模型的脂质双层膜描述的两个序参量：使用高斯模型和空间配置描述的弹性形变模型的膜具有有限的厚度，或等效的，为粘附膜的化学成分。我们假设并解释了两个序参量之间的线性耦合。利用精确解，我们计算了关联函数和序参量分布。我们还研究了在膜上的夹杂物周围形成的域。我们提出并比较了六种不同的方法来量化这些域的大小。尽管它的简单，该模型有许多有趣的功能，如Fisher-Widom线或两个不同的关键区域。
2022-06-07 cond-mat.soft
Contact-induced molecular reorganization in E. coli model lipid membranes
本研究利用大肠杆菌内膜模型脂质膜，发现膜-基底接触可降低转变温度、减慢相转变动力学并诱导侧向分子重组，验证了物理接触驱动细菌膜脂筏形成的理论，对理解细菌膜功能有重要意义。
2025-08-04 cond-mat.soft
Lipid Lateral Diffusion: Mechanisms and Modulators
本文综述了基于中子散射技术研究模型生物膜中脂质横向扩散的机制，系统分析了药物、抗氧化剂、兴奋剂和膜蛋白等膜活性化合物对该过程的调控作用，并指出其受膜物理状态、电荷、添加物浓度、分子结构及空间分布等多因素共同影响。
2024-07-07 cond-mat.soft
Phase behavior of two-component lipid membranes: theory and experiments
尽管有大量的理论研究，但磷脂膜波纹相的结构仍然知之甚少，许多实验确定的这一相的结构特征尚不清楚。在这篇文章中，我们提出了一个唯象理论的相变在单组分和双组分的非手性脂膜中的两个耦合序参量-标量序参量描述{ \it脂链熔融}，和一个矢量序参量描述的{ \it倾斜的烃链}以下的链熔融过渡。该模型再现了波纹相的所有显著结构特征，提供了相图和微观结构的统一描述。此外，它预测了这个阶段的一个变体，似乎没有被实验观察到。使用这个模型，我们已经计算了一般的二元膜相图。我们还确定了一个双组分脂质膜的相图从X射线衍射研究对齐的多层膜。该相图与模型计算结果吻合较好。
2012-03-27 cond-mat.soft
Lipid membranes with free edges
边缘自由暴露的脂膜被视为边界弯曲的光滑表面。引入外微分形式描述曲面和边界曲线。总自由能定义为Helfrich自由能与表面张力能和线张力能之和。以总自由能的变化量为变量，导出了膜的平衡方程和边界条件。这些方程也可以应用于具有多个自由暴露边缘的膜。在轴对称条件下，得到了这些方程的解析解和数值解。数值结果可以用来解释最近由Saitoh \emph{et al}获得的实验结果。[Proc. Natl. Acad. Sci. \textbf{95}，1026（1998）]。
2004-01-07 cond-mat.soft
Unbinding transitions of multicomponent membranes and strings
我们提出了一个理论，通过短和长的受体/配体键相互作用的膜的非结合过渡。膜的解结合行为的细节由受体和配体的结合能和浓度决定。我们用蒙特卡罗模拟研究了这些膜的解束缚行为，并与弦进行了比较。我们用解析的方法导出了弦的标度律。精确的分析结果提供了膜在临界点附近的标度估计。
2008-04-02 cond-mat.soft
Structure and interaction potentials in solid-supported lipid membranes studied by X-ray reflectivity at varied osmotic pressure
以不带电荷的脂质模型体系1，2-二肉豆蔻酰-sn-甘油基-3-磷酸胆碱（DMPC）为模板，采用旋涂法制备了高度定向的固体支撑脂质膜，并对膜中的$N \simeq 16$进行了控制。将样品浸入聚合物水溶液中以控制渗透压，并通过X射线反射率进行研究。双层结构和波动已被确定通过建模的数据在整个q范围内。热波动描述使用连续的近晶哈密顿与适当的边界条件，在基板和自由表面的堆栈。由此产生的波动幅度和压力-距离的关系进行了讨论，鉴于双层间的潜力。
2015-04-09 cond-mat.soft
Mixed lipid bilayers with locally varying spontaneous curvature and bending
一个模型的脂质双层的混合物制成的两种脂质具有不同的平均组成的两个小叶，开发。描述每个瓣叶上脂质-脂质相互作用的朗道哈密顿量（具有两个极化场$ψ_1$和$ψ_2$）通过局部自发曲率（随$C_0+C_1(ψ_1-ψ_2)/2$变化）和弯曲模量（等于$κ_0+κ_1(ψ_1+ψ_2)/2$）与Helfrich哈密顿量耦合，解释膜弹性。该模型允许我们将弯曲的斑块定义为组成不对称性$ψ_1-ψ_2$较大的膜域，以及$ψ_1+ψ_2$较大的厚且硬的斑块。这些厚的补丁是很好的候选人是脂筏，如在细胞膜中观察到的，其主要由形成液体有序域的饱和脂质组成，并且已知是厚而平坦的纳米域。计算了全局球形膜和平面膜的脂-脂结构因子和关联函数。相图的建立，在高斯近似下，显示两种类型的结构无序的阶段的发生，与弯曲或厚补丁之间的相关性，和有序的阶段，对应于在一个有限的波矢量的结构因子的发散。变化的弯曲模量对于弯曲膜起着核心作用，其中驱动力$κ_1C_0^2$由线张力平衡，以形成尺寸范围从10至100 nm的筏域。对于平面膜，筏域出现通过交叉相关与弯曲域。一个全球性的图片出现从曲率引起的机制，在文献中描述的平面膜，耦合曲率和弯曲引起的机制在弯曲的膜形成一个封闭的囊泡。
2014-08-27 cond-mat.soft
Fast Membranes Hemifusion via Dewetting between Lipid Bilayers
脂双层的行为对于理解细胞的功能性（如细胞之间的离子运输）非常重要。探索脂质双层和半融合状态的性质的标准程序通常使用支撑膜或囊泡。这两种技术在生物相关性或测量的可访问性方面都有几个缺点。在这篇文章中，使用优化的微流控方案，允许同时进行光学和电生理测量模型细胞膜之间的独立半融合状态的形成进行了研究。在第一步骤中，使用液滴界面双层（DiB）技术的变型在微流体装置内的期望位置处形成两个模型膜。在第二步骤中，使两个模型膜接触，形成单个半熔融状态。对于所有测试的脂质，独立膜之间的半融合状态在数百毫秒内形成，即比文献中报道的快几个数量级。半熔融态的形成是一个两阶段的过程，而第二阶段可以解释为一个去湿过程中的无滑移边界条件。所形成的半融合状态是长寿命的，并且当由所施加的电场触发时可以观察到单个融合事件，如对于单油酸甘油酯所证明的。
2014-09-20 cond-mat.soft
From supported membranes to tethered vesicles: lipid bilayers destabilisation at the main transition
我们报告的结果有关的支持磷脂双分子层的不稳定在一个定义明确的几何形状。当从室温加热沉积在高度亲水性载玻片上的支撑磷脂膜时（即在凝胶相中具有脂质），在脂质的主要凝胶至流体转变温度周围观察到未结合。它导致形成相对单分散的囊泡，其中大部分仍然拴在支持的双层。我们解释这些意见的急剧下降的弯曲刚度模量$κ$在过渡区，结合弱的初始粘附能。在尺度参数的基础上，我们表明，我们的实验结果与这一假设是一致的。
2006-11-07 cond-mat.soft
Impact of Lipid Structural Variations on Bilayer Properties: A Coarse-Grained Molecular Dynamics Study
该研究采用基于Martini力场的粗粒化分子动力学模拟7种脂质，揭示了酰基链长度、不饱和度及头部基团类型对双层膜厚度、每脂质分子面积、侧向扩散系数等性质的影响，深化了膜生物物理认知，为脂质基系统的生物医学设计提供参考。
2024-12-12 cond-mat.soft
Hydrodynamics of Multicomponent Vesicles Under Strong Confinement
本文数值模拟强约束下多组分囊泡的流体与膜动力学，提出正定性弯曲模量参数化，并揭示狭窄段和收缩通道中脂质相分离、粗化抑制及释放后快速演化规律。
2023-08-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lateral organization in mixed lipid bilayers supported on a geometrically patterned substrate
脂质在生物膜中的组织对于细胞功能如信号转导和膜运输是必不可少的。一个主要的挑战是如何控制横向脂质组成的支持膜，这是至关重要的生物传感器的设计和细胞过程的调查。在这里，我们进行的第一个理论研究的横向组织的混合脂质双层诱导的几何图案化的基板，并检查图案化的基板诱导的结构形成的物理机制的支持脂质双层。丰富多样的脂质成分分离受到调节，并且结果可以很好地解释最近的实验工作[Yoon，T. Y.等人，\textit{Nat. Mater.} \textbf{5}，281（2006）和Parthasarathy，R.等人，\textit{Langmuir} \textbf{22}，5095（2006）]。本研究提供了一个全面的理解，通过统一这些实验证据的机械控制膜组件的空间组织。
2006-11-03 cond-mat.soft
Curvature-driven feedback on aggregation-diffusion of proteins in lipid bilayers
膜弯曲是一个广泛研究的问题，从建模和实验的角度，因为在细胞生物学的曲率产生的广泛影响。膜中的许多曲率产生方面可以归因于蛋白质和膜之间的相互作用。这些相互作用包括蛋白质扩散和由于膜平面中的蛋白质-蛋白质相互作用而形成聚集体。最近，我们开发了一个模型，该模型将脂质的平面内流动和蛋白质的扩散与膜的平面外弯曲相耦合。在这项工作的基础上，在这里，我们专注于在膜弯曲和扩散的存在下，蛋白质在膜表面的明确聚集的作用。我们开发了一个全面的框架，包括脂质流动，膜弯曲，蛋白质分布的熵，以及一个明确的聚集潜力，并推导出耦合系统的控制方程。我们比较这个框架的Cahn-Hillard形式主义，以预测的制度，其中蛋白质的膜上形成的图案。我们证明了这个模型的效用，使用数值模拟来预测如何聚集和扩散，再加上曲率生成，可以改变膜蛋白相互作用的景观。
2021-07-20 cond-mat.soft
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
Caffeine Modulates the Dynamics of DODAB Membranes: Role of the Physical State of the Bilayer
咖啡因（1，3，7-三甲基黄嘌呤）是咖啡的一种成分，在世界范围内被用作精神兴奋剂，抗氧化剂和辅助止痛剂。为了深入了解咖啡因的作用机制，我们报告了其对双十八烷基二甲基溴化铵（DODAB）脂质膜的相行为和微观动力学的影响，研究了准弹性中子散射（QENS）。跟踪作为温度的函数的弹性散射强度表明，咖啡因不改变的DODAB膜的相行为和转变温度保持几乎不变。然而，QENS测量显示咖啡因显著调节系统中脂质的微观动力学，并且这种影响取决于膜中脂质的结构排列。在凝固凝胶相中，咖啡因充当增塑剂，其增强膜动力学。然而，在流体相中观察到相反的效果;咖啡因表现得像硬化剂，限制脂质动力学。对QENS数据的进一步分析表明，在流体相中，咖啡因限制膜中脂质的横向和内部运动。本研究说明了咖啡因如何调节膜的流动性，通过调制的动态组成脂质取决于双分子层的物理状态。
2020-07-03 cond-mat.soft
Instabilities and shape variation phase transitions in tubular lipid membranes
临界点附近外界参数的变化会增加肾小管脂质膜（TLM）的热涨落，导致膜的形状发生变化。系统中的相变由一个单一的有效参数控制，该参数取决于膜内外区域之间的压力差和所施加的拉伸力。我们确定了一个区间的参数值对应的TLM的圆柱形形状的稳定区域，并调查在临界不稳定性附近的系统的行为，其中膜的圆柱形形状变得不稳定，相对于热波动。所施加的边界条件强烈地影响TLM的行为。例如，只有在周期边界条件下，小的负有效参数才对应于TLM的手征形状。我们还讨论了系统中出现的其他三种类型的相变。
2015-01-01 cond-mat.soft
A General Theory of Non-equilibrium Dynamics of Lipid-protein Fluid Membranes
我们提出了一个一般的和系统的理论，非平衡动力学的多组分流体膜，在一般情况下，膜含有跨膜蛋白，特别是。基于统计物理学的最小数量的原则和设计是一个细观/宏观尺度的有效描述，该理论是制定一套方程的流体力学和线性本构关系。作为一个特别强调的理论，方程和本构关系地址的热力学和流体动力学后果的非常规的材料特性的脂质蛋白质膜和包含的建议，以及尚未作出的预测，在已经存在的工作膜流体动力学和可能具有实验相关性。该理论的框架结构使其应用于一系列膜系统中的一系列非平衡现象成为可能，正如本文中对一些极限情况的讨论所证明的那样。
2005-10-27 cond-mat.soft
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
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
Fluctuation induced interactions between domains in membranes
我们研究了一个模型脂质双层组成的两个不相容的脂质类型，有一个自然的倾向，在膜波动的情况下分离的混合物。膜的机械特征在于局部弯曲刚度$κ(ϕ)$，其随平均局部脂质组成$ϕ$而变化。我们表明，在$κ$与$ϕ$弱变化的情况下，相同类型的脂质之间的有效相互作用可以是无处不在的吸引力，或者可以有一个排斥组件在中间距离大于典型的脂质大小。当这种相互作用具有排斥分量时，它可以防止宏观相分离并导致具有有限域尺寸的中间相分离。这种效应可能是相关的某些实验和数值观测介观域在这样的系统。
2006-09-06 cond-mat.soft
Coarse-Grain Model for Lipid Bilayer Self-Assembly and Dynamics: Multiparticle Collision Description of the Solvent
提出了一种计算效率高的生物膜介观粗粒模型。它结合了分子动力学模拟的脂质，建模为弹性链的珠，与多粒子碰撞动力学的溶剂。观察到由脂质的均匀混合物形成的膜的自组装。在不同温度下的模拟表明，它再现了凝胶和液体相的脂质双层。在不同阶段的脂质扩散的调查显示，在很长一段时间内从亚扩散到正常扩散的交叉。宏观膜性能，如拉伸和弯曲弹性模量，直接从介观模拟确定。测定并分析了膜流的速度关联函数。
2012-04-27 cond-mat.soft
Wrapping of Microparticles by Floppy Lipid Vesicles
脂质膜是定义活细胞及其许多亚区室的屏障，与各种各样的纳米和微米尺寸的物体结合。在强粘附力的存在下，膜可以强烈变形并包裹颗粒，这是穿过膜进行各种健康和疾病相关过程的重要步骤。大量的理论和数值工作都集中在确定包裹的物理性质。使用的模型系统的微米级的胶体颗粒和巨大的单层脂质囊泡与可调的粘附力，我们测量的包裹相图，并进行定量比较的理论模型。我们的数据是一致的膜-颗粒相互作用占每单位面积的粘附能，膜的弯曲刚度，颗粒大小和囊泡半径的模型。
2020-09-22 cond-mat.soft
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
Rotational and translational drags of a Janus particle close to a wall and a lipid membrane
本文通过测量单个Janus球形布朗粒子的平动与旋转阻力系数，研究了粒子靠近固体壁面和脂质双层膜时的流体动力学耗散，发现膜变形帽区域的耗散对阻力有重要贡献。
2023-09-21 cond-mat.soft
Lateral transport of domains in anionic lipid bilayer membranes under DC electric fields: A coarse-grained molecular dynamics study
本研究通过粗粒化分子动力学模拟，揭示了直流电场下阴离子脂质囊泡中自组装脂质结构域的横向传输机制，发现电场力与准二维流体摩擦力的平衡主导结构域运动，为控制膜内含物运输提供了新见解。
2023-08-30 cond-mat.soft
Lipid domain coarsening and fluidity in multicomponent lipid vesicles: A continuum based model and its experimental validation
通过相分离实现异质和空间组织表面的脂质体已被认为是用于递送目的的有前途的平台。然而，通过实验进行设计和优化可能是昂贵且耗时的。为了协助设计并降低相关成本，我们提出了一个基于连续介质力学和热力学原理的膜粗化动力学建模计算平台。该模型将相分离耦合到侧向流动，并考虑了不同相内的不同膜流动性，这已知会影响脂质膜上的粗化动力学。模拟结果与实验数据一致，在液体有序域面积分数，总域周长随时间的推移和域的总数随时间的两种不同的膜组合物（DOPC：DPPC与1：1的摩尔比与15%的胆固醇和DOPC：DPPC与1：2的摩尔比与25%的胆固醇），产生相反的和几乎反相行为。这种定量验证表明，开发的平台可以是一个有价值的工具，在补充实验实践。关键词：多组分膜;膜流动性;膜相分离;计算建模;荧光显微术;脂质体
2021-11-04 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Reduction in Tension and Stiffening of Lipid Membranes in an Electric Field Revealed by X-ray Scattering
利用掠入射同步辐射X射线散射技术，在微观水平上研究了交流电场对支撑脂质双层膜弹性的影响。当膜的局部电势<1 V时，观察到膜张力大幅下降至1 mN/m，有效刚度急剧增加至300 kBT。利用详细的电动力学模型和非线性Poisson-Boltzmann理论对实验结果进行了分析。基于建模的电磁应力，它提供了一个准确的描述双层分离与压力曲线，我们表明，张力的降低结果从放大膜表面上的电荷波动，而弯曲刚度的增加结果从电荷之间的直接相互作用的双电层。这些作用最终导致双层的不稳定和囊泡的形成。在具有较低张力的细胞膜中，在数十纳米的长度尺度上预计会有类似的效果，并且可以解释许多电驱动过程。
2016-05-10 cond-mat.soft
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
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
