Membrane budding driven by intra-cellular ESCRT-III filaments
胞吐作用是一种常见的转运机制，通过它细胞将非必需的大分子（货物）转运到细胞外空间。已知ESCRT-III蛋白有助于此。它们伸展成锥形弹簧状结构，并帮助细胞膜局部变形成包裹外出货物的芽。我们使用连续能量泛函来模拟这个过程。它由膜和半刚性ESCRT-III细丝的弹性能、货物和膜之间的有利粘附能以及ESCRT-III细丝之间的亲和力组成。我们采取自由能最小化路线，以确定该过程中形成的复合结构的序列。我们表明，膜粘附的货物是这个萌芽过程的驱动力，而不是屈曲的ESCRT-III长丝从平面螺旋锥形弹簧形状。然而，ESCRT-III一旦形成就稳定芽。此外，我们得出结论，需要一个非平衡过程来夹断/分离稳定的芽（包含货物）从细胞体。
2021-12-23 cond-mat.soft
Wetting-induced budding of vesicles in contact with several aqueous phases
包封两个液相的囊泡的渗透收缩可导致其中一个相从囊泡体中凸出。该出芽过程之前是膜上的液相之一的完全润湿到部分润湿的转变，并且取决于膜张力和封闭的液相之间的界面张力。这些紧张局势占主导地位，在不同的形态制度，其中的交叉启动萌芽过程。此外，出芽的程度可以通过经由微量移液器的抽吸来控制。我们还证明，如果有两个外部相接触的囊泡，出芽的方向可以逆转。
2012-01-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Bilayer sheet protrusions and budding from bilayer membranes induced by hydrolysis and condensation reactions
利用粗粒度分子动力学模拟研究了两亲分子水解和缩合反应引起的扁平双层膜和囊泡的形状变化。水解和缩合反应分别导致两亲分子的形成和解离。囊泡的内外小叶之间的不对称反应可以在小叶之间运输两亲分子。结果发现，两个小叶之间的面积差异导致双层片突出（BP）和出芽在低的小泡的减少体积，而BP只发生在高的减少体积。这两种类型的转化的概率取决于与膜相比的周围流体的剪切粘度以及反应速率。较高的周围流体粘度导致更多的BP形成。疏水反应产物的不均匀空间分布形成BP形成的核，并且产物的更快扩散促进BP形成。我们的研究结果表明，在实验中，粘度的调整是重要的控制膜的形状转换。
2018-01-30 cond-mat.soft
Domain growth in lipid membranes and the budding instability
Institut Charles Sadron, CNRS UPR22 & Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；University of Lyon, ENS-Lyon, CNRS UMR 5182, Chemistry Laboratory（里昂大学）；Center for Physics and Chemistry of Living Systems, Tel Aviv University（特拉维夫大学）；School of Chemistry & Center for Physics and Chemistry of Living Systems, Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Zhejiang Key Laboratory of Soft Matter Biomedical Materials, Wenzhou Institute, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究所）
本文研究相分离脂质膜中圆形畴的生长动力学，发现畴尺寸随时间先按t^{1/3}后按t^{1/2}增长，并结合线张力与准静态准则预测出芽不稳定性时间，揭示畴尺寸和线张力演化对出芽的关键作用。
2026-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mechanisms of budding of nanoscale particles through lipid bilayers
我们研究的萌芽的纳米颗粒通过脂质双层使用分子动力学模拟，自由能计算，和弹性理论，目的是确定在何种程度上平衡弹性理论可以描述的因素，控制机制和效率的萌芽。该颗粒是一个光滑的球体，其与脂质头部基团发生吸引力相互作用。根据不同的参数，我们观察到四类动力学轨迹：粒子粘附到膜，停滞部分包裹状态，萌芽，然后切断，和膜破裂。在大多数区域的参数空间中，我们发现，弹性理论同意几乎定量的模拟相行为作为一个函数的粘附强度，膜的弯曲刚度，和颗粒半径。然而，在参数值附近的粒子粘附和萌芽之间的过渡，我们观察到长寿命的部分包裹状态，这是没有捕获现有的弹性理论。这些状态可能会限制那些依赖于胞外或胞吞作用进行膜转运的包膜病毒或药物递送载体的可访问系统参数。
2012-02-21 cond-mat.soft q-bio.SC
Mechanism of membrane tube formation induced by adhesive nanocomponents
我们报告的数值模拟大胶体颗粒驱动的膜tubes。使用蒙特卡罗模拟，我们研究了该过程如何取决于颗粒大小，浓度和结合强度，并提出准确的自由能计算，以整理出如何管形成比较与竞争的萌芽过程。我们发现，管的形成是粘附在表面上的颗粒的集体行为的结果，并且它发生的结合强度小于出芽所需的那些。我们还发现，在膜表面上形成的颗粒的长线性聚集体通过降低与该过程相关联的自由能垒而充当成核种子。
2012-06-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Phase Transition and dissipation driven budding in lipid vesicles
膜出芽作为一种平衡过程已被广泛研究，这归因于共存结构域的形成或囊泡面积与体积比的变化（减少的体积）。相比之下，非平衡出芽仍然在实验上广泛未被探索，特别是当时间尺度远低于脂质的特征扩散时间τ时。我们发现，局部的机械扰动，通过驱动巨大的单层囊泡（GUV）通过其脂质相变，导致立即形成快速增长，多本地化，非平衡芽，当过渡发生在短时间尺度（<τ）。我们发现，这些芽产生于小的流体样扰动，并在第三个维度上生长为球冠，因为在平面上的传播是由连续的刚性凝胶状基质阻碍。考虑到三维和二维粘度，我们表明，耗散降低了系统的大小尺度，因此有利于形成多个芽，只要扰动发生在一定的临界速率以上。该速率取决于膜和介质粘度，并且通过我们的理论描述定性和定量地正确预测。
2013-03-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Vesicle budding induced by binding of curvature-inducing proteins
利用平均场论研究了蛋白质结合诱导的囊泡出芽过程，该过程产生各向同性自发曲率。许多球形芽通过蛋白质结合形成。随着结合化学势的增加，蛋白质首先结合到芽上，然后结合到囊泡的其余部分上。对于高的自发曲率和/或高的弯曲刚度的结合膜，它被发现，一个一阶过渡发生在少量的大芽和大量的小芽之间。这两种状态在过渡点附近共存。所提出的方案是简单的，很容易适用于许多相互作用类型，所以我们调查的影响，蛋白质间的相互作用，蛋白质插入引起的面积变化，鞍展模量的变化，和面积差弹性能量。还阐明了曲率感测和生成的优选曲率的差异。
2021-07-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Budding Transition of Asymmetric Two-component Lipid Domains
我们提出了一个模型，占萌芽过渡的不对称双组分脂质结构域，其中两个单层（小叶）有不同的平均组成由独立的化学势控制。假设在每个小叶中的局部曲率和局部脂质组成之间的耦合，我们讨论了不对称脂质域的形态和热力学行为。膜自由能包含三个贡献：弯曲能，线张力，和横向相分离的朗道自由能。在一个平均场处理，我们得到各种相图包含完全出芽，酒窝，和平坦的状态作为两个小叶组合物的函数。分析了系统的整体相行为，根据系统参数，相图分为单相区、两相区和三相区。特别是，我们预测不同形态的域，这可能是在多组分膜或囊泡中观察到的各种相共存区域。
2016-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Nonequilibrium dynamics of membraneless active droplets
本文构建细菌-聚合物活性相分离系统，发现活性物质加速液滴初始凝聚但通过界面涨落反相夹带阻止粗化，从而揭示无膜活性液滴长期稳定的非平衡机制。
2025-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Domain Growth, Budding, and Fission in Phase Separating Self-Assembled Fluid Bilayers
本文系统地研究了自组装多组分双层流体囊泡和开放膜的相分离动力学。我们使用大规模的耗散粒子动力学明确占溶剂，从而允许流体力学和面积体积约束的影响进行数值研究。在不对称的脂质组合物的情况下，我们观察到的制度对应于合并的平补丁，出芽，囊泡和合并的帽子。面积-体积约束和流体动力学对这些区域和它们之间的交叉有很大的影响。在对称混合物的情况下，不管面积与体积比，我们观察到的增长制度的指数为1/2。在具有对称组成的开放膜的情况下也发现了相同的指数。
2006-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Virus Assembly on a Membrane is Facilitated by Membrane Microdomains
对于许多病毒而言，装配和出芽在病毒体形成期间同时发生。了解这一过程的机制可以促进生物医学工作，以阻止病毒传播，并使衣壳在纳米材料应用中的使用成为可能。为此，我们进行了分子动力学模拟的粗粒度模型，描述了波动的脂质膜上的病毒组装。我们的模拟表明，膜可以通过降维促进吸附的亚基的关联，但也可以引入障碍，抑制完全组装。我们发现了几种机制，包括一个没有预料到的平衡理论，膜微区，如脂筏，可以通过减少这些障碍，提高组装。我们将展示如何预测这种机制可以进行实验测试。此外，模拟表明，组装和出芽关键取决于系统动力学通过多个时间尺度相关的膜变形，蛋白质扩散，协会，和吸附到膜上。
2014-03-10 cond-mat.soft q-bio.SC
Wrapping of ellipsoidal nano-particles by fluid membranes
病毒和纳米颗粒等颗粒的膜出芽和包裹在细胞内转运中起着关键作用，并且已经针对各种生物和软物质系统进行了研究。我们研究纳米颗粒包裹弯曲，表面张力，和粘附能的数值最小化。我们计算变形和粘附能作为膜弹性参数和粘附强度的函数，以获得包裹图。我们预测展开，部分包裹，和完全包裹状态的长椭球和扁椭球的各种长宽比和颗粒大小。与球形粒子相反，其中部分包裹状态仅存在于有限的表面张力中，椭圆体的部分包裹状态已经出现在无张力膜中。此外，部分包裹状态是长寿命的，因为用于包裹高度弯曲的尖端的能量成本增加。我们的研究结果表明，较低的吸收率的椭圆形颗粒的细胞，从而更高的毒力的管状病毒相比，二十面体病毒，以及合作出芽的椭圆形颗粒的膜。
2013-03-22 cond-mat.soft
Hydrodynamic-colloidal interactions of an oil droplet and a membrane surface
了解液滴和膜之间的流体动力学应力和胶体相互作用的影响将为更好地设计膜表面和工艺条件提供信息。使用长波流体动力学描述，结合润湿性和静电排斥，我们数值研究液滴形状和膜特性对膜表面的整体排斥吸引力的影响。一个稳定的相图分类稳定-不稳定的液滴形状和调查是否有可逆的沉积液滴到膜上。
2020-03-23 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
A simulation method for the wetting dynamics of liquid droplets on deformable membranes
本文提出了一种结合相场法和ALE方法的数值模拟方法，用于模拟液滴通过润湿作用与可变形膜相互作用的连续体动力学，该模型在热力学上一致，并通过二维和三维轴对称场景验证了其有效性。
2024-02-20 cond-mat.soft cs.CE physics.bio-ph
Bilayer membranes in micro-fluidics: from gel emulsions to soft functional devices
我们概述了自组装软物质设备的概念，基于微流体，它使用表面活性剂双层膜作为其主要的建筑模块，逮捕在几何结构提供的自顶向下光刻。当合适的油包水乳液以高分散相体积分数被迫进入微流体通道时，膜自发形成。即使在通过微流体通道系统泵送时，它们也非常稳定。它们的几何排列是自组装的，由界面能和润湿力驱动。因此出现的有序膜阵列可以装载两亲性功能分子、离子通道，或者利用其独特的物理性质直接使用。对于湿电子电路，水液滴然后用作“焊点”。此外，膜可以用作在相邻液滴中发生的化学过程之间的良好控制的耦合介质。这是众所周知的Belousov-Zhabotinski反应。合适的通道几何形状可用于以受控的方式（重新）排列液滴，从而通过仅使乳液移动通过装置来（重新）排列其内容物。因此，以自组装但良好控制的方式从分子大小的组件中构建复杂的设备似乎是可行的。
2010-08-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Elastic deformation of a fluid membrane upon colloid binding
当胶体颗粒粘附到流体膜上时，它在膜中引起抵抗其自身结合的弹性形变。这种平衡的结构和能量方面的理论研究的框架内的Helfrich哈密顿。基于膜轮廓的完全非线性形状方程，发现了一条连续的结合转变线和第二条不连续的结合转变线，它们在一个不寻常的三相点相遇。低张力的制度进行了研究分析，使用一个小的梯度膨胀，而在限制大张力缩放参数，从而量化的渐近行为的相边界，程度的包装，和能量障碍。成熟的动物病毒出芽讨论作为一个生物学的例子，这样的胶体膜相互作用事件。
2003-03-31 cond-mat.soft
Liquid droplets act as "compass needles" for the stresses in a deformable membrane
我们研究的形状的液滴顶部可变形的薄弹性体薄膜制备的各向异性张力。当液滴通过毛细力在拉紧膜中产生变形时，它们呈现沿着高张力方向伸长的形状。通过测量接触线轮廓，可以完全确定膜中的张力。最小的理论参数导致的液滴形状和膜变形的预测是非常符合数据。总体上，结果表明液滴可以用作探针来绘制膜中的应力场。
2017-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Composition variation and underdamped mechanics near membrane proteins and coats
我们研究了膜蛋白对周围膜的形状、组成和热力学稳定性的影响。当膜组成和曲率之间的耦合足够强时，附近的组成和形状都经历了从过阻尼到欠阻尼空间变化的过渡，早在膜在本体中变得不稳定之前。这种转变与热力学能量的符号变化有关，因此具有不寻常的特征，即它可以有利于囊泡形成（出芽）所需的外套组装的早期阶段，同时抑制机械敏感性膜通道和转运蛋白的活性。我们的研究结果还提出了一种方法来获得物理参数，否则难以测量。
2015-02-14 cond-mat.soft q-bio.SC
Bending models of lipid bilayer membranes: spontaneous curvature and area-difference elasticity
我们预设了一个计算研究的弯曲模型的曲率弹性的脂双层膜，是相关的模拟囊泡和红细胞。我们计算弯曲能量和力的三角形网格和评估和扩展四个完善的计划，他们的近似：坎特和纳尔逊1987年，物理修订A 36，4020，Jülicher 1996年，J物理II法国6，1797年，Gompper和Kroll 1996年，J物理I法国6，1305，和迈耶等。等，2003年，在可视化和数学III，Springer，第35页，被称为A，B，C，D。我们提出了一个比较研究，这四个计划的最小弯曲模型，并提出扩展方案B，C和D。这些扩展将参考状态和非本地能量占自发曲率，双层耦合，和面积差弹性模型。我们的研究结果表明，所提出的扩展增强模型，以考虑形状变换，包括出芽/囊泡以及非轴对称形状。我们发现，扩展方案B是优于其余的准确性，鲁棒性以及简单的实施。我们证明了该计划的能力，包括几个基准问题的出芽囊泡的过程和再现的相图的囊泡。
2019-05-01 cond-mat.soft cs.CE math.DG
Antifouling membranes for oily wastewater treatment: interplay between wetting and membrane fouling
含油废水是一种广泛的土壤和水体污染源，其无害化处理对保护我国的水生态系统具有重要意义。膜过滤是从含油水中去除油的非常理想的方法，因为它具有能量效率高、易于处理和维护成本低的优点。然而，在实际的废水处理中，过滤过程中的膜污染导致严重的通量下降，并阻碍膜的长期运行。膜污染包括可逆污染和不可逆污染。基于经典的膜污染模型和油滴在膜上的沉积、聚集、聚结和润湿等行为，探讨了膜污染的机理。膜污染由液滴-膜相互作用主导，其受膜的性质（例如，表面化学、结构和电荷）和废水（例如，组成和浓度）以及操作条件。综述了膜分离的几种典型方法，如表面分离、两性离子聚合物涂层、光催化分解和电增强分离，并讨论了它们在实际应用中的优缺点。
2018-10-12 cond-mat.soft
The effect of curvature and topology on membrane hydrodynamics
我们研究的流动性的扩展对象（棒）在一个球形的液体-液体界面，以显示这个量是如何修改在一个惊人的方式的曲率和拓扑结构的接口。我们提出了理论计算和实验测量的界面流体速度场周围的移动棒绑定到拥挤的界面的油包水液滴。通过使用不同的液滴尺寸，膜的粘度，和杆的长度，我们表明，内部和外部流体之间的粘度不匹配导致抑制的小液滴，不能被捕获的平坦的界面预测的流体流动。
2007-06-14 cond-mat.soft
Membrane tension is a key determinant of bud morphology in clathrin-mediated endocytosis
在网格蛋白介导的内吞作用（CME）中，网格蛋白和各种衔接蛋白包被一片质膜，这片质膜被重塑以形成出芽囊泡。实验研究表明，膜张力升高可以抑制芽形成的网格蛋白外套。在这项研究中，我们研究了膜张力的影响，通过模拟网格蛋白外套，无论是增长面积或逐步诱导更大的曲率的膜出芽的力学。在低膜张力下，逐渐增加曲率生成涂层的面积导致膜从平坦形态平滑地演变为出芽形态，而膜在高膜张力下保持基本平坦。有趣的是，在生理学相关的中间膜张力下，膜的形状演变经历突变不稳定性，其中增加的被毛面积导致膜从开放的U形芽“突变”为闭合的$Ω$形芽。这种不稳定性伴随着一个大的能量屏障，如果额外的涂层的结合能不足以克服这个障碍，这可能会导致一个发展中的内吞坑停止。对于恒定面积的涂层，发现了类似的结果，其中自发曲率逐渐增加。此外，芽上的拉力，模拟肌动蛋白聚合的力，足以驱动从开放到闭合的芽的转变，克服与这种转变相反的能量屏障。
2016-04-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Liquid droplets on a free-standing glassy membrane: deformation through the glass transition
在这项研究中，微滴被放置在薄的，玻璃状的，独立的膜，其中液滴的拉普拉斯压力变形的独立的膜，创建一个凸起。通过从远低于玻璃化转变温度到膜的熔融状态连续改变温度来调节膜的张力。测量了液滴与平面膜的接触角以及凸起与膜的角度，发现与接触线处的力平衡预测的接触角一致。
2017-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Induced stresses in quasi-spherical elastic vesicles: local and global Laplace-Young law
在弹性球膜上，不存在由弯曲能引起的应力，相应的Laplace-Young定律不涉及弹性弯曲刚度。然而，当考虑一个轴对称的扰动，捏球，它会导致非平凡的应力在整个膜。在本文中，我们引入了一个理论框架来研究由球周围的几何扰动引起的应力。我们发现当地的平衡力方程沿法线方向的囊泡，并沿单位副法线，切线的膜;同样，闭环上的全局平衡力方程也进行了检查。我们分析了应力的分布在膜上的萌芽过渡发生。对于封闭的膜，我们得到修改后的杨-拉普拉斯定律，出现作为这种扰动的后果。
2018-08-08 cond-mat.soft
Dynamic Permeability in Metastable Droplet Interfacial Bilayers
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；The Molecular Foundry（分子发现所）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
该研究提出了一种理论，通过动态渗透性分析亚稳态膜的孔洞生长机制，并通过实验验证理论预测。
2025-11-12 cond-mat.soft
Theory of Wetting Dynamics with Surface Binding
本文通过非平衡热力学推导表面结合与体相耦合的润湿动力学方程，发现表面结合通过在表面内成核液滴加速润湿，并揭示二维表面液滴可通过结合亲和力调控液滴润湿动力学。
2024-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nanodroplets Behavior on Graphdiyne Membranes
在这项工作中，我们已经调查，通过完全原子反应（力场ReaxFF）分子动力学模拟，水纳米滴的冲击动力学的石墨烯类膜的一些方面。我们模拟了纳米液滴以不同速度（从100到1500 m/s）撞击的石墨烯支撑膜。结果表明，由于石墨二炔的多孔和弹性结构，液滴呈现出非常复杂的冲击动力学的石墨烯膜所观察到的。在冲击下，液滴以与冲击速度成比例的最大接触半径在表面上扩散。根据能量影响值，许多水分子能够渗透（穿过）纳米孔片。然而，即使在这些情况下，液滴形状（液态）也被保持，并且不同冲击速度情况之间的主要差异在于最大扩展时的飞溅图案。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Liquid-liquid microphase separation leads to formation of membraneless organelles
蛋白质和核酸可以在体外和体内自发地自组装成无膜液滴样隔室。这些液滴的一个关键组成部分是多价蛋白质，其具有几个粘附结构域，这些粘附结构域具有由无序区域隔开的特定相互作用伴侣（其数量决定蛋白质的总化合价）。在这里，使用多尺度模拟，我们表明，这样的蛋白质自组织成微相分离的液滴的各种大小，而不是像弗洛里宏观相分离的平衡状态的均聚物或平衡物理凝胶。我们表明，微相分离状态是两个竞争过程之间的相互作用的动态结果：蛋白质之间的扩散限制的遭遇，和小集群内的动态，导致可用的化合价耗尽，从而所有专门相互作用的域找到他们的相互作用的合作伙伴在较小的集群，导致逮捕相分离。我们首先将这些多价链建模为珠弹簧聚合物，其中多个粘合剂域由半柔性连接体分开，并使用Langevin Dynamics（LD）来评估关键时间尺度如何取决于缔合聚合物的分子性质。使用从LD模拟的时间尺度，我们开发了一个粗粒度的动力学模型来研究这种现象在较长的时间。与LD模拟一致，宏观相分离状态仅在高浓度和大的相互作用价态下观察到。此外，在簇大小接近宏观相分离的情况下，凝聚相变成动态固体状，这表明它可能不再具有生物功能。因此，微相分离状态可能是由具有粘附-间隔结构的蛋白质形成的功能液滴的标志。
2020-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Sequence design-based control of DNA droplets formed from phase separation of DNA nanostructures
DNA具有实现可控液-液相分离（LLPS）系统的潜力，因为其碱基序列的设计导致可编程的相互作用。在这里，我们开发了一种新的基于DNA的LLPS系统，使我们能够创建“DNA液滴”，并通过设计DNA纳米结构的序列来控制它们的动态行为。我们能够通过设计序列来改变DNA液滴形成所需的相分离温度。此外，通过序列设计和酶促反应来控制Janus形液滴的融合、分裂和形成。此外，用序列设计的DNA修饰蛋白质允许将它们捕获到特定的液滴中。总的来说，我们的研究结果提供了一个新的平台，设计的相行为的大分子结构，并铺平了道路，为新的应用程序的序列设计的DNA在创建细胞模拟，合成无膜细胞器，和人工分子系统。
2019-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Finsler geometry modeling of phase separation in multi-component membranes
Finsler几何表面模型是一种适用于DOPC、DPPC和胆固醇三组分膜的粗粒度模型。为了理解液体有序（富含DPPC）$L_o$和液体无序（富含DOPC）$L_d$的相分离，我们在三角形表面模型中引入变量$σ(\in \{1,-1\})$。数值计算发现，在表面上出现了两个圆形和条纹畴，这两种形貌被一个相变分开。从一个到另一个相对于$L_o$的面积分数的变化的形态变化与现有的实验结果是一致的。这使我们对线张力能的起源有了清楚的理解，线张力能已被用来理解三组分膜中的那些形态变化。除了这两种圆形畴和条纹畴外，还观察到了筏状畴和芽晶畴，并得到了相应的几种相图。Finsler几何建模的技术细节也被示出。
2016-08-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of microdroplets over the surface of hot water
当在早晨的阳光下喝一杯咖啡时，你可能会注意到热水表面漂浮着白色的蒸汽膜。它们非常接近表面，几乎是粘在上面的，虽然膜会因为上升的蒸汽气流而颤动，但偶尔会发生特别快的分裂事件。它们类似于在膜上裂开大约1毫米宽的裂缝，并留下奇怪的图案。我们使用带有高速摄像机的显微镜研究了这一现象，并发现了有趣的细节：i）白色膜由10 $μ\,{\rm m}$数量级的相当单分散的小液滴组成; ii）它们悬浮在水面上方10 $\sim$ 100 $μ{\rm m}$ ; iii）分裂事件是液滴的集体消失，其作为表面波的波前以1 $\sim$ 2 m/s的速度传播;以及iv）这些事件由表面扰动触发，所述表面扰动由单个液滴的消失引起。
2015-01-03 cond-mat.soft
The critical pressure for microfiltration of oil-in-water emulsions using slotted-pore membranes
通过数值求解纳维-斯托克斯方程，研究了几何参数和流体性质对微油滴渗透到狭缝孔中的临界压力的影响。我们考虑一个长槽孔，这是部分阻塞的油滴，但允许有限的渗透通量。从力平衡模型获得临界渗透压力的分析估计，该力平衡模型涉及来自液滴周围的流动的拖曳力和表面张力力以及孔内的压力变化。结果表明，临界压力随油水粘度比、表面张力系数、接触角和液滴半径的变化规律与理论预测吻合较好。结果表明，临界渗透压力与表面张力系数呈线性关系，当粘度比或液滴半径足够大时，临界渗透压力接近饱和。这些研究结果是非常重要的优化设计和提高性能的微滤系统与槽孔。
2018-05-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interfacial Stresses on Droplet Interface Bilayers Using Two Photon Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy
本文提出一种利用双光子荧光寿命成像显微镜和分子翻转器，在液滴界面双层上无创测量界面应力的微型平台，并揭示了双层形成与分离过程中的应力分布及分子翻转器的应力感知机制。
2023-06-11 cond-mat.soft
Diffusion of a single colloid on the surface of a giant vesicle and a droplet
本研究通过实验与模拟，揭示了颗粒被脂质囊泡包裹与在液滴界面扩散时耗散机制的根本差异，并指出纯流体动力学模型不适用于部分润湿构型。
2025-01-20 cond-mat.soft
Volume and porosity thermal regulation in lipid mesophases by coupling mobile ligands to soft membranes
短的DNA接头越来越多地被用于驱动布朗物体的特定自组装。DNA功能化的胶体可以组装成具有定制形态的有序或无定形材料。最近，同样的方法已被应用于顺应性单位，包括乳液液滴和脂质囊泡。这些基底的液体结构引入了新的自由度：系链可以扩散和重新排列，从根本上改变相互作用的物理性质。与液滴不同，囊泡极易变形，DNA介导的粘附会导致显著的形状调整。我们研究实验的热响应的对和网络的DNA-拴系的脂质体和观察两个有趣的和可能有用的集体性质：负热膨胀和可调孔隙率的脂质体网络。一个模型提供了一个彻底的理解这一意想不到的现象的开发，解释了新兴的性能之间的相互作用的温度依赖性的变形的囊泡和DNA介导的粘附力。
2015-01-09 cond-mat.soft
Control of encounter kinetics by chemically active droplets
本文通过构建化学活性液滴的微观随机模型并结合布朗动力学模拟，揭示了化学驱动力通过表面动力学调控双分子反应速率，证明生物分子凝聚体既可加速也可减速分子相遇，为理解其作为细胞内反应动力学调节器提供了关键见解。
2025-05-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Theoretical calculation of the phase behavior of colloidal membranes
我们制定了一个密度泛函理论，描述了硬棒和耗尽聚合物的相行为，实现在最近的实验中悬浮液的\emph{fd}病毒和非吸附聚合物。该理论预测的相对稳定性的微滴，堆叠的近晶柱，和最近发现的相孤立的单分子层的棒，或胶体膜。我们发现，一个最小的棒的纵横比所需的胶体膜的稳定性和集体突起起伏是稳定这一阶段的主导作用。理论预测与实验和计算结果定性一致。
2011-07-11 cond-mat.soft
Elastocapillary morphing of self-encapsulated droplets floating at the oil-air interface
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Zhejiang University（浙江大学）；SISSA – International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
研究通过实验、建模和模拟揭示了自封装液滴在蒸发过程中形状变化的机制，提出了基于总自由能的力学框架，预测了液滴形态演变及应力分布。
2026-05-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Liquid demixing in elastic networks: cavitation, permeation, or size selection?
经由液-液相分离（LLPS）的多组分生物分子系统的分层已经成为一种潜在的统一机制，其控制几种无膜细胞内细胞器（“缩合物”）的形成，所述细胞器既在细胞质中（例如，应力颗粒）和核质中（例如，核仁）。虽然在体内实验和合成系统的研究表明，LLPS是强烈的大分子弹性网络的存在下，这样的网络LLPS的作用的基本理解仍然缺乏。在这里，我们表明，负责网络驱逐，小规模的异质性的网络，其非线性力学性能的毛细管力占后，一个有趣的图片LLPS出现。具体来说，我们预测，除了实验观察到的空化液滴完全排除网络，其他两个阶段是可能的：弹性逮捕，在网络孔隙尺度的大小有限的液滴，和网络，包括宏观液滴。特别是，孔径有限的液滴可能出现在染色质网络，与核质凝聚物的结构和功能的影响。
2021-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Lipid-protein interaction induced domains: kinetics and conformational changes in multicomponent vesicles
蛋白质的时空组织和膜中相关的形态变化在细胞信号传导中具有重要意义。过去已经研究了在低细胞表面浓度下促进蛋白质聚集的几种机制。我们表明，使用蒙特卡罗模拟，蛋白质的亲和力，特定的脂质可以加速其聚集动力学。脂质膜被建模为一个动态三角形的表面与蛋白质定义为在顶点的平面内字段。我们发现，即使在低蛋白浓度下，强的脂质-蛋白质相互作用也会导致大的蛋白质簇，表明脂质介导的信号放大途径。在高蛋白浓度下，结构域形成类似于在脂质-脂质相互作用诱导的相分离中所见的芽。蛋白质相互作用诱导的结构域出芽被抑制时，蛋白质作为各向异性的夹杂物，并表现出非取向秩序。的动力学的蛋白质聚类和由此产生的构象变化被证明是显着不同的各向同性和各向异性的曲率诱导蛋白质。
2018-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Liquid-liquid phase separation of a surfactant-solubilized membrane protein
膜蛋白的相行为源于与其增溶所需的两亲分子的复杂协同作用。我们表明，电离的pH敏感的表面活性剂，LDAO，绑定到细菌光合作用蛋白，反应中心（RC），导致在一个狭窄的pH范围内蛋白质液-液相分离令人惊讶的稳定的“液滴”，在较低的pH值的可逆聚集的前兆。相分离促进温度升高和阻碍通过添加盐。RC光吸收和光诱导电子循环也受到相分离的强烈影响。
2002-11-22 cond-mat.soft q-bio
Reaction-driven Diffusiophoresis of Liquid Condensates: Mechanisms for Intra-cellular Organization
Georg-August Universität Göttingen（哥廷根大学）；Max Planck School Matter to Life（马克斯·普朗克物质与生活学院）
该研究提出了一种由反应驱动的液滴扩散泳动机制，通过浓度梯度和生化反应实现细胞内凝聚物的定向运动与组织。
2023-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Surface Densities Prewet a Near-Critical Membrane
最近的工作强调了热力学相行为在不同细胞过程中的作用。蛋白质和核酸可以在细胞质和细胞核中相分离成三维液滴，并且动物细胞的质膜似乎被调谐接近二维液-液临界点。在一些实例中，细胞质蛋白质在质膜结构域处聚集，形成诸如突触后密度和多样的信号传导簇的结构。在这里，我们研究这些表面密度的物理，采用最小的模拟凝聚聚合物耦合到伊辛膜表面结合互补朗道理论。我们认为，这些表面密度是一个新的阶段，让人想起预润湿，其中一个分子薄的三维液体通常固体表面上形成。然而，在表面密度中，固体表面被具有独立相分离倾向的膜代替。我们表明，接近临界膜中的参数制度，其中发生预润湿样的过渡显着增加，导致一个广泛的区域，共存的表面相可以形成，即使当体相是不稳定的。我们的模拟自然地表现出三个表面相共存，即使膜和聚合物本体只能显示两相共存。我们认为，这些表面密度的物理使不同的功能，真核细胞。
2021-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Influence of Salt on the Formation and Separation of Droplet Interface Bilayers
本研究通过实验与数值建模，探究盐离子对液滴界面双层膜形成与分离力学的影响，发现界面性质及分离动力学受盐浓度、离子大小和价态调控，并建立数学模型解释机制。
2022-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase Transition Induced Fission in Lipid Vesicles
在这项工作中，我们演示了如何在巨大的单层囊泡（GUV）的第一级相变可以作为一个触发膜分裂。当通过其凝胶-流体相变驱动时，GUV表现出出芽或珍珠形成。这些芽保持连接到母亲囊泡大概是由一个小脖子。将这些囊泡从流体相（T>Tm）通过相变冷却到凝胶状态（T<Tm），导致颈部完全破裂和分裂，而母囊泡保持完整。加热后形成的珠状管破裂并衰变成多个单独的囊泡，然后自由扩散。最后，我们证明，通过将体积粘度增加到40 cP来模仿细胞内体积粘度并不影响整个裂变过程，但会导致释放的囊泡的尺寸显著减小。
2010-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Capillary origami: spontaneous wrapping of a droplet with an elastic sheet
弹性和毛细作用之间的相互作用用于通过由平面片材包裹液滴来产生三维结构。最终封装的3D形状通过调整平膜的初始几何形状来控制。一个2D模型显示了开放的片材封闭的结构的演变，并预测一个临界长度尺度低于封装不能发生，这是实验验证。发现该{ \it弹性毛细管长度}取决于作为$h^{3/2}$的厚度，这是一种有利于小型化的缩放，这表明了一种大规模生产3D微米或纳米级物体的新方法。
2006-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Defect driven shapes in nematic droplets: analogies with cell division
基于活细胞有丝分裂过程中纺锤体结构与受限液晶中纺锤体结构的惊人相似性，我们采用二维连续介质液晶液滴模型来研究细胞分裂的物理过程。该模型研究了体积弹性的微管组件，描述为一个液晶，和表面弹性的细胞皮质，建模为一个有界的柔性膜，在控制细胞的形状和分裂之间的相互作用。在纺锤体极点的中心体对应的拓扑缺陷的核心，需要容纳在一个封闭的几何体的顺序。我们绘制出健康的双极和故障多极司作为一个有效的参数，结合积极的进程和控制中心体分离的功能的进展。一个强大的预测，独立于能量的考虑，是从一个单一的细胞到子细胞的过渡发生在这个参数的临界值。我们的模型还表明，微管锚定在细胞皮层可能发挥了重要作用，成功的双极分裂。这可以通过调节微管锚定进行实验测试。
2017-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Phase separation and protein partitioning in compartmentalized cell-free expression reactions
液-液相分离（LLPS）对于在细胞大小的空间中控制从基因表达到蛋白质降解的广泛反应是重要的。为了更好地理解这种相分离结构与蛋白质合成的兼容性，我们研究了无细胞转录-翻译（TXTL）反应中的紧急LLPS。当由许多蛋白质组成的TXTL反应被浓缩时，均匀混合的状态变得不稳定，并且自发地形成无膜相。当TXTL反应被封闭在油包水乳液液滴中时，诱导这种LLPS液滴形成，其中水从表面蒸发。当乳液液滴收缩时，较小的LLPS液滴出现在乳液液滴内，并合并成大的相分离结构域，该相分离结构域划分合成的报告蛋白的定位。PEG在TXTL反应中的存在不仅对于通用的无细胞蛋白质合成很重要，而且对于能够进行蛋白质分配的两个大结构域的形成也很重要。我们的研究结果可能揭示了LLPS形成和无细胞蛋白质合成对合成细胞器的建设的动态相互作用。
2021-09-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids
研究了长DNA分子在细胞大小的有限空间中的行为。我们制备了被磷脂覆盖的油包水液滴，其模仿细胞的内部空间，随后用未折叠的螺旋和折叠的小球构象封装DNA分子。显微镜观察发现，卷曲DNA在膜表面的吸附依赖于囊泡空间的大小。球状DNA在膜上吸附后表现出细胞大小依赖性的展开转变。此外，当DNA与两相膜表面相互作用时，DNA根据其构象选择性地吸附在膜相，例如有序相或无序相。我们讨论了这些趋势的机制，考虑DNA的自由能与多胺在溶液中。该模型的自由能与实验数据吻合较好。DNA和多胺与膜表面的协同作用导致分子系统在小空间中的尺寸依赖行为。这些发现可能有助于更好地理解细胞内分子事件和反应的物理机制。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Membraneless organelles formed by liquid-liquid phase separation increase bacterial fitness
液液相分离作为几种基本细胞过程中的关键现象而出现。一系列真核系统表现出液体冷凝物。然而，它们在通常缺乏膜结合区室的细菌中的功能仍然不太清楚。在这里，我们使用高分辨率光学显微镜来观察单个细菌侵袭体，纳米结构的细胞内蛋白质组装体，以掩盖它们在细胞应激中的作用。我们发现，侵略者体内的蛋白质是流动的，并进行动态周转，与液体状态一致。我们的观察结果是在定量协议相分离的液滴形成驱动下的热平衡下，在细胞质中的扩散碰撞后成核的相互作用的蛋白质。我们已经在多种细菌中发现了侵略体，并表明这些新兴的亚稳态液体结构蛋白质组装体通过使细胞能够耐受环境压力来增加细菌的适应性。
2021-06-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Hierarchical organization of chiral rafts in colloidal membranes
液-液相分离普遍存在于纳米颗粒、蛋白质和胶体的悬浮液中。除了少数显著的例外，在散装悬浮液中的表面张力最小化的液滴连续聚结，尺寸无限制地增加，直到实现宏观尺度的相分离。相比之下，胶体、纳米颗粒或蛋白质局限于界面、表面或膜的相行为要复杂得多。夹杂物扭曲了局部界面结构，导致与各向同性溶剂介导的充分研究的相互作用根本不同的相互作用。在这里，我们研究液-液相分离单层膜组成的不同手性胶体棒。我们证明了胶体筏是一个普遍存在的二元胶体膜的功能。我们测量筏自由能景观可视化其组装动力学。随后，我们量化排斥筏筏相互作用，并将它们直接成像筏引起的膜扭曲，表明粒子手性在这种微相分离中起着关键作用。在高密度下，筏组装成簇晶体，不断与背景水库交换单体棒，以保持自限的大小。最后，我们证明了筏可以形成键组装成更高阶的超结构。我们的工作表明，膜介导的液-液相分离可以从根本上不同于大量液体的良好表征的行为。它概述了一个强大的膜为基础的途径组装单分散液团簇，这是补充现有的方法发生在散装悬浮液。最后，它揭示了手性夹杂物在膜获得长程排斥相互作用，这可能会发挥作用，在稳定组装的有限大小。
2014-09-09 cond-mat.soft
Biomolecular condensates and their pathologies: A colloidal, interfacial, and transport perspective
Westford Academy（韦斯特福德学院）；School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）
本文从胶体、界面与输运视角综述生物分子凝聚体研究，明确其物理量及病理的物理失效模式，为相关药物和递送载体设计提供依据。
2026-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
