Numerical studies of triangulated vesicles with anisotropic membrane inclusions
本文采用偏曲率模型与 Monte-Carlo 方案模拟含各向异性内含物的动态三角化囊泡，揭示取向序和相互作用对球茎、细颈及长管形态的影响。
2024-03-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamic aggregation of membrane inclusions due to non-Newtonian surface rheology
本研究利用洛伦兹互易定理，揭示了非牛顿表面流变学导致的膜包裹体间长程水动力相互作用，提出蛋白质聚集机制，并通过平均场模型和数值模拟验证了六角晶体的形成。
2023-04-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of Force Dipoles in Curved Biological Membranes
本研究构建模型探索弯曲生物膜中力偶极子的流体动力学，发现曲率诱导负指数缺陷，偶极子对沿测地线运动，并在强限制下聚集，但极高曲率破坏聚集。
2025-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
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
Structure and organization in inclusion-containing bilayer membranes
膜组织对于细胞功能如信号转导和膜运输是必不可少的。一个主要的挑战是要了解的横向异质结构的膜和膜的流动性存在的夹杂物。基于大量的实验证据的横向组织的脂质膜，在不同的夹杂物的存在下，共享令人惊讶的相似功能，我们首先提出了一个一般的模型系统的双层膜嵌入纳米夹杂物，并解释实验结果。在这里，疏水内含物是内在膜蛋白、嵌入膜中的胆固醇、疏水药物或用于生物医学应用的其他纳米颗粒的简单模型。结果表明，在中等夹杂物浓度下，形成富含脂质/夹杂物的筏状结构域，并随着夹杂物浓度的增加而消失.在高内含物含量下，由于脂质介导的内含物之间的有效吸引，发生内含物的链。同时，内含物的增加也会导致膜的增厚，内含物的分布经历了从位于双层中平面的一层到排列在双层的两个小叶中的两层结构的分层过渡。我们的理论预测解决膜和夹杂物之间的复杂的相互作用，提出了一个统一的机制，反映了有利于形成富含脂质的筏和空间排斥的夹杂物的均匀分散体的脂质的构象熵之间的竞争。
2007-11-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Budding and vesiculation induced by conical membrane inclusions
脂质双层中的圆锥形内含物产生膜的总体自发曲率，其取决于内含物的浓度和几何形状。例子是完整的和附着的膜蛋白，病毒和脂质结构域。我们提出了一个分析模型来研究出芽和囊泡的脂双层膜，这是基于膜的弯曲能和平移熵的夹杂物。如果夹杂物被放置在具有相似曲率半径的膜上，则它们的排斥性膜介导的相互作用被屏蔽。因此，对于高内含物密度，内含物聚集，诱导芽形成，并最终形成囊泡。已经与弯曲能量单独我们的模型允许预测芽半径。然而，在内含物诱导单个大囊泡分裂成两个较小囊泡的情况下，仅弯曲能就预测较小囊泡具有不同的尺寸，而平移熵有利于形成相等尺寸的囊泡。我们的结果与最近的计算机模拟吻合得很好。
2009-10-16 cond-mat.soft
Dynamic phase separation of fluid membranes with rigid inclusions
膜的形状波动诱导刚性夹杂物之间的吸引力的相互作用。以前的分析研究表明，涨落引起的对相互作用是相当小的相比，热能，但也不能忽略多体相互作用。在这篇文章中，它是数字显示，形状波动确实导致动态分离的膜成不同的夹杂物浓度的阶段。夹杂物尺寸越大，横向相分离的趋势越大。大的夹杂物在非常小的夹杂物浓度和相对较小的夹杂物弹性模量值下聚集。
2002-10-22 cond-mat.soft
Attractive asymmetric inclusions in elastic membranes under tension: cluster phases and membrane invaginations
上下不对称的夹杂物使弹性膜产生局部的自发曲率。当它们中的几个被插入同一个膜时，它们感受到由膜介导的有效力，既有弹性又有熵的性质。继Dommersnes和Fournier在消失的紧张局势的情况下[Eur。Phys.J.B12，9（1999）]，并且还使用伪分析胶束化理论，我们导出了当它们也受到附加的短程吸引相互作用时不对称包体组装体的统计力学。我们的主要结论是，一般来说，当膜处于张力下时，这些夹杂物在平衡状态下以小簇的形式存在，导致局部膜内陷。我们还提出了一种新的曲率诱导的分层机制：当夹杂物施加相反符号的局部曲率共存时，它们往往在现实条件下在不同的集群分层。这项工作具有潜在的影响，在生物脂质双层中嵌入的蛋白质的热力学的背景下。
2013-07-30 cond-mat.soft
The internal states of active inclusions and the dynamics of an active membrane
本文提出了一个含脂类和双态活性包体的双组分流体膜的理论模型。在强的包裹体活动下，由于泵驱动的波动或高曲率激发的包裹体的聚集，膜可以是不稳定的。根据内含物的结构细节，内含物的活性构象变化也可以在膜上诱导有限尺寸的区域。在长波长下，稳定的膜具有类似于忽略内含物内部状态的先前研究的高度波动光谱。对于无张力膜，$<h({\bf q}_{\perp}, t)h(-{\bf q}_{\perp}, t)> \sim T_{eff} q_{\perp}^{-4}$，其中$T_{eff}$是取决于包合物活性细节的有效温度。
2003-06-25 cond-mat.soft q-bio
Fluctuations of the Casimir-like force between two membrane inclusions
虽然卡西米尔力与它们的涨落是分不开的，但人们对软物质系统中的这些涨落知之甚少。我们使用膜应力张量来研究膜介导的类Casimir力的波动。这种方法使我们能够恢复两个夹杂物之间的Casimir力，并计算其方差。我们证明了Casimir力是由它的涨落决定的。此外，当夹杂物之间的距离d从无穷大减小时，卡西米尔力的方差减小为-1/d^2。这种距离依赖性与卡西米尔力本身有着共同的物理起源。
2010-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Curvature Instability of Membranes near Rigid Inclusions
在多组分膜中，内部标量场可能与膜曲率耦合，从而使膜弹性常数重整化并使平坦膜不稳定。在这里，一般弹性理论的膜被认为是采用四次曲率展开。对长棒状夹杂附近的薄膜形状及其变形能进行了解析研究。在可以忽略端部效应的极限下，膜对这种夹杂物的非线性响应以精确的形式存在。值得注意的是，新的形状的解决方案时，膜曲率不稳定，表现为负刚度。在不稳定点附近（即刚性消失时），膜由四次项稳定，从而产生新的长度尺度和形状及其能量分布的新尺度指数。在夹杂物处施加力引起的接触角提供了一种通过实验确定四次曲率模量的方法。
2017-08-25 cond-mat.soft
N-body Study of Anisotropic Membrane Inclusions: Membrane Mediated Interactions and Ordered Aggregation
研究了柔性流体膜中局部各向异性曲率夹杂的集体行为。计算了一般各向异性夹杂的N体相互作用能，包括多体相互作用。发现夹杂物之间的长程吸引力相互作用足够强以诱导聚集。蒙特卡罗模拟表明，从紧凑的集群的过渡到聚集线或圆。这些结果可能与生物膜中的蛋白质或与表面活性剂膜结合的胶体颗粒有关。
1999-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Finite-size Domains in a Membrane with Two-state Active Inclusions
我们提出了一个模型，导致在生物膜的非平衡有限尺寸域的形成。我们的模型考虑了包裹体的主动构象变化以及包裹体密度和膜曲率之间的耦合。利用蒙特卡罗模拟研究了两种不同相互作用的特殊情况。在情况（i）中，激发态夹杂物倾向于聚集。在（ii）情况下，基态包裹体倾向于聚集。当夹杂物密度不耦合到当地的膜曲率，在情况下（i）的典型的长度尺度（$\sqrt{M}$）的夹杂物簇的激发率（$K_{on}$）显示弱依赖性（$K_{on}$）的广泛的$K_{on}$，但快速增加时，$K_{on}$变得足够大;在情况下（ii）的$\sqrt{M}\sim {K_{on}}^{-{1/3}}$广泛的$K_{on}$。当包裹体密度与局部膜曲率耦合时，曲率耦合提供了包裹体团簇的上限。在情况（i）（情况（ii））中，当$K_{off}$（$K_{on}$）足够大使得基态（激发态）夹杂物没有足够的时间聚集时，夹杂物的形成被抑制。我们还发现，在膜中的夹杂物的流动性取决于夹杂物的曲率耦合。我们的研究提出了在生物膜中产生有限尺寸域的可能机制。
2005-12-07 cond-mat.soft
Interaction between cell membranes and protein inclusions in the large-deformation regime
Institut Curie, PSL Research University（居里研究所，PSL研究大学）；CNRS UMR168（法国国家科学研究中心UMR168）；Polytechnic University of Turin（都灵理工大学）
采用有限元方法研究大变形下脂膜与蛋白质内含物的相互作用，发现膜对PI的力随垂直位移非单调变化，且膜介导势能呈次幂律衰减，证实了锥形PI取向与电荷的类比。
2026-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Long-range interactions between membrane inclusions: Electric field induced giant amplification of the pairwise potential
这项工作的目的是重新审视膜内含物之间的相互作用的现象学理论，介导的膜波动。我们考虑的情况下，夹杂物的分离距离大于其特征尺寸。在我们的宏观方法中，这种内含物的物理性质并不重要，但我们始终记住这种内含物的两个原型：蛋白质和RNA大分子。由于相互作用是由膜波动以及夹杂物与膜之间的耦合驱动的，因此可以通过影响这些因素的外部作用来改变相互作用势。作为这种外部作用的一个例子，我们考虑一个电场。在外部电场（直流或交流），我们提出了一个新的耦合机制之间的夹杂物具有偶极矩（因为它是大多数蛋白质大分子的情况下）和膜。我们发现，相当出乎意料的，大概是第一次，新的耦合机制产生巨大的增强成对潜在的夹杂物。这一结果为有目的地处理相互作用能开辟了一条道路，也为检验我们文章中提出的理论开辟了一条道路。
2022-03-25 cond-mat.soft
Interaction of Conical Membrane Inclusions: Effect of Lateral Tension
考虑到两个刚性圆锥形夹杂物嵌入在受到横向张力的膜，我们研究了这些夹杂物之间的膜介导的相互作用，起源于帽形膜变形与锥体。在非零的横向张力，相互作用被发现依赖于相对于膜平面的圆锥体的取向。相同取向的夹杂物之间的相互作用在它们之间的所有距离上都是排斥的，而相反取向的夹杂物在较小的距离上相互排斥，但在较大的距离上相互吸引。排斥力和吸引力都随着横向张力的增加而变强。这与在相同的静态模型基础上对侧向张力消失的情况所作的预测不同。在没有张力的情况下，夹杂物在任何距离上都相互排斥，而与它们的相对取向无关。我们的结论是，横向张力可能会导致圆锥形膜内含物的聚集。
1998-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Diffusion coefficient of an inclusion in a liquid membrane supported by a solvent of arbitrary thickness
本文研究了圆形夹杂物在液膜中的扩散系数，考虑了膜与任意厚度溶剂的相互作用。作为说明性的例子，研究了两种类型的包裹体的扩散系数-一个圆形区域的流体具有相同的粘度作为主膜和嵌在膜中的聚合物链的，扩散系数表示的流体动力学屏蔽长度随溶剂的厚度。当膜流体被有限厚度的溶剂拖曳时，通过棒边界条件，由分散关系得到多个流体动力学筛选长度以及扩散系数的权重因子。文中还给出了扩散系数可近似为仅含一个水动力屏蔽长度的表达式的条件。
2011-07-22 cond-mat.soft
Fluctuation-induced forces between inclusions in a fluid membrane under tension
我们讨论的波动诱导力，一个有限温度模拟的Casimir力，两个包埋在张力下的流体膜之间。我们提出了一种方法来计算这种Casimir相互作用在最一般的情况下，膜的波动是由表面张力，弯曲模量，和高斯刚度的联合行动。我们发现，表面张力强烈修改的Casimir相互作用的分离依赖的幂律。这导致在超过特征长度的分离处对卡西米尔力的强烈抑制，这可能影响细胞膜中的蛋白质聚集动力学。
2011-09-23 cond-mat.soft
Coupling between Inclusions and Membranes at the Nanoscale
细胞膜内含物（如离子通道）的活性受宿主脂质膜的影响，它们与宿主脂质膜弹性偶联。这种耦合涉及双层的疏水厚度（根据疏水匹配原理，由通道的长度施加），但也涉及其在夹杂物边界处的斜率。然而，迄今为止从未测量过该参数。我们结合小角度X射线散射数据和一个完整的弹性模型来测量模型短杆菌肽通道的斜率，并表明它是令人惊讶的陡峭，在两个膜系统具有非常不同的弹性特性。这一结论是证实和推广的比较与最近的结果在模拟文献和电导率测量。
2018-03-27 cond-mat.soft
Persistent Collective Motion of a Dispersing Membrane Domain
研究了流体膜中可动包裹体的布朗运动。该运动包括组件的分散，伴随着其质心的扩散。通常，前一个过程比后一个过程快得多，因为质心的扩散系数与颗粒的数量成反比。然而，在膜夹杂物的情况下，我们发现，这两个过程发生在相同的时间尺度上，从而显着延长了作为一个集体移动对象的组件的寿命。这种效应是由准二维膜流引起的，它甚至耦合了组件中最遥远的夹杂物的运动。相同的相关性也导致质心的扩散系数随时间缓慢衰减，导致弱的亚扩散。我们证实了我们的分析结果与流动介导的相关性的布朗动力学模拟。这里报告的效果应该有影响的稳定性纳米级膜的异质性。
2021-02-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamic Coupling of Particle Inclusions Embedded in Curved Lipid Bilayer Membranes
我们开发的理论和计算方法来研究嵌入弯曲的脂质双层膜内的颗粒夹杂物。我们考虑的情况下，球形脂质囊泡，其中夹杂物颗粒耦合通过（i）膜内流体力学，（ii）牵引应力与外部和被困的溶剂流体，和（iii）单层间滑动的双层的两个小叶之间。我们调查相对于平坦的膜如何膜曲率和拓扑结构增加流体动力学响应。我们展示了蛋白质内含物的平移和旋转流动性如何受到膜曲率，膜内粘度与溶剂粘度之比以及单层间滑动的影响。对于多粒子动力学的一般调查，我们还讨论了如何我们的方法可以用来治疗球形双层内的集体扩散和流体动力学耦合。
2016-01-25 cond-mat.soft math.DG q-bio.SC
Elastic interaction between "hard'' or "soft" pointwise inclusions on biological membranes
我们计算诱导的弹性相互作用点态膜夹杂物，局部相互作用的二次阶与膜曲率张量。对于各向同性夹杂物，我们恢复通常的相互作用成比例的分离的倒数四次方，然而，与前因子示出了一个非平凡的二次势的刚性$Γ$的依赖。在大的$Γ$限制，对应于"硬“夹杂物，我们恢复了标准的前因子首先获得的Goulian等人。Lett. \textbf{22}，145（1993）]。在小的$Γ$极限下，对应于“软”夹杂，我们恢复了Marchenko和Misbah [Eur. J. E \textbf{8}，477（2002）]。这表明，后者的结果与以前的工作没有根本的差异，只是对应于软夹杂的极限。我们讨论了如何根据逐点描述的粗粒度程度将同一个夹杂物描述为硬或软。最后，我们认为，锥状跨膜蛋白应该从根本上被认为是硬夹杂物。
2003-02-12 cond-mat.soft q-bio
Membrane structure formation induced by two types of banana-shaped proteins
香蕉形棒状蛋白质在膜上的组装，以及相关的膜形状转换，研究了分析理论和粗粒度模拟。膜介导的两个香蕉形夹杂物之间的相互作用理论上推导出使用固定的各向异性曲率的基础上，无论是零表面张力和有限的表面张力的点状形式主义。在更大的尺度上，这样的棒状夹杂物组件之间的相互作用的分析确定。无网格膜模拟中存在大量的夹杂物的两种类型，对应于弯曲杆的曲率相反，无论是平膜和囊泡。相同类型的杆聚集成垂直于杆轴的线性组件，导致膜管。然而，另一类型的杆，即具有相反曲率的杆，被吸引到这些组件的横向侧，并且稳定直的隆起结构，防止隆起。当两种类型的杆具有几乎相反的曲率时，凸块彼此吸引，形成条纹结构。正的表面张力被发现稳定条纹的形成。模拟结果与理论预测吻合得很好，提供了模型的点状曲率按比例缩小，以考虑模拟杆的有效柔性。
2017-05-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane fluctuations around inclusions
通过考虑刚性夹杂物存在时热涨落谱的变化，确定了蛋白质插入膜的自由能。无论是数值计算还是通过一个简单的分析近似，我们发现波动的主要影响是减少有效的表面张力，阻碍在低表面张力的插入。我们的研究结果，这也应该是相关的膜孔，建议（与经典的成核理论相反），有限的表面张力是必要的，以促进孔的开放。
2004-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Effective Viscosity of a Dilute Suspension of Membrane-bound Inclusions
当颗粒悬浮液被剪切时，刚性颗粒周围的剪切流中的扰动增加了局部能量耗散，使得悬浮液的粘度实际上高于溶剂的粘度。对于体积（三维）流体，理解这种粘度增强是流体力学中的一个经典问题，起源于一个多世纪前爱因斯坦对球形颗粒稀悬浮液的研究。\cite{Einstein1}在本文中，我们研究了类似的问题的有效粘度的悬浮液的磁盘嵌入在一个二维的膜或界面。与体相流体动力学不同，低雷诺数膜流体动力学的特征在于由膜与其周围的体相流体耦合产生的固有长度尺度，因此，我们发现悬浮液中颗粒的尺寸相对于该流体动力学长度尺度对悬浮液的有效粘度具有显著的影响。我们的研究还有助于阐明所需的数学工具来解决一般出现的混合边值问题时，考虑刚性夹杂物在流体膜的运动。
2008-08-14 cond-mat.soft
On The Critical Casimir Interaction Between Anisotropic Inclusions On A Membrane
本文采用格点模型和通用的热力学积分方法，研究了二维临界二元混合物中夹杂物之间的临界Casimir相互作用。对于单域夹杂物，我们证明了相互作用是非常长的范围，其幅度强烈依赖于夹杂物的亲和力与物种的二元混合物，范围从排斥时，两个夹杂物有相反的亲和力吸引时，他们有相同的亲和力。当其中一个夹杂物没有任何偏好的物种，我们发现可以忽略不计的关键Casimir相互作用。对于多结构域包含物，模仿膜蛋白通常具有对周围脂质物质具有不同亲和力的几个结构域的观察结果，具有相反亲和力的结构域的存在并不完全取消相互作用。相反，我们可以观察到吸引和排斥相互作用，这取决于它们的相对取向。随着每个夹杂物的域的数量的增加，有效相互作用的范围和幅度以类似的方式减少静电多极。最后，由于结构单元之间卡西米尔相互作用的各向异性特征，由多域夹杂物形成的簇可以导致有效的亲和图案化。
2017-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electromediated formation of DNA complexes with cell membranes and its consequences for gene delivery
电穿孔是诱导真核细胞和组织摄取治疗药物和DNA的物理方法。电介导的膜透化质粒DNA背后的现象已被证明是显着更复杂的比那些小分子。小分子通过扩散穿过透化膜，而质粒DNA首先与细胞表面的电透化部分相互作用，形成局部聚集体。这个过程的动力学仍然知之甚少，因为直接观测仅限于秒级。在这里，细胞在质粒DNA的存在下进行电透化，并以2 ms的时间分辨率进行监测。这使我们能够表明，在第一次脉冲应用期间，质粒复合物或聚集体开始在细胞膜上的不同位点形成。FRAP的测量表明，这些网站的位置是显着的固定在进一步的脉冲的应用。提出了一个理论模型来解释不同的相互作用位点的出现，DNA的数量增加，也导致他们的不动性的尝试性解释电介导的基因传递的成功。
2011-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Membrane mediated aggregation of curvature inducing nematogens and membrane tubulation
细胞膜的形状在很大程度上受膜相关的曲率活性蛋白的调节。我们使用一个数值模型的膜与细长的膜夹杂物，最近开发的我们，这可能是不同的沿和垂直于其长轴的自发方向曲率。我们表明，由于膜介导的相互作用，这些曲率诱导膜的致炎剂可以自发地寡聚化，即使在低浓度下，并改变膜的局部形状。我们证明，对于一个大的集团这样的夹杂物，其中两个自发曲率具有相等的符号，管状构象，有时片构象的膜是共同的平衡形状。我们阐明了这些{ \it蛋白晶格}形成所必需的因素。此外，管的弹性性能，如它们的压缩刚度和持久长度的计算。最后，我们讨论了可能的作用，在封盖和分支的管状膜的双向错。
2013-02-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Attractive forces between anisotropic inclusions in the membrane of a vesicle
利用正则系综蒙特卡罗模拟研究了流体泡中两个刚性棒状夹杂之间的涨落诱导相互作用。囊泡膜由硬球的三角形网络表示。五个刚性连接的硬球形成棒状夹杂物，可以在三角形网络的位置之间跳跃。它们的有效相互作用势被计算为相互距离和夹杂物角度的函数。由于其中的硬核势，势的性质是纯熵的。采取特殊的预防措施，以减少晶格文物和有限尺寸的影响，由于球形几何形状。结果表明，与杆长L相比，有效势具有吸引力和短程性。其井深为κ/10的数量级，其中κ是弯曲模量。
1999-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Active osmotic-like pressure on permeable inclusions
本文使用最小活性布朗模型研究活性流体对固定中空可渗透包裹体产生的类渗透有效压力，发现运动强度较低的区域因粒子积累更强而产生更高的活性压力。
2024-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Structure Factor of a Lamellar Smectic Phase with Inclusions
基于对含有膜蛋白、两亲性肽、聚合物或其他内含物的层状相的大量X射线散射研究，我们确定了近晶相的经典Caille定律随内含物性质和浓度的变化。除了对含内含物的波动体系的行为的基本兴趣之外，对给定蛋白质在脂质膜上的作用（锚定、溶胀、硬化.）的精确表征具有直接的生物学意义，可以通过X射线测量进行探测。作为第一步，我们考虑三种不同的耦合，包括局部收缩（或膨胀），硬化或倾斜的膜。在前两种情况下，我们预测，独立的夹杂物诱导一个简单的重整化的近晶相的弯曲和压缩modulii。X射线实验也可用于探测夹杂物之间的相关性。最后，我们表明，非对称耦合（如局部倾斜的膜）的结果在通常的凯耶定律的修改。
2000-03-09 cond-mat.soft q-bio
Interactions between proteins bound to biomembranes
我们研究了一个物理模型的一般夹杂物之间的相互作用具有有限的张力，以及通常的弯曲刚度的流体膜。我们的动机是对与细胞膜结合的蛋白质的兴趣，这些蛋白质通过熵或直接的化学相互作用对这些膜施加力。我们找到了两个相似的圆对称包含体之间相互排斥作用的精确解析解。这种排斥延伸超过几十纳米的长度尺度，并与膜介导的接触吸引力类似的夹杂物上的无张力膜。对于非圆对称包含体，我们研究了小的，代数长程的，吸引力的贡献所产生的力量。我们讨论了我们的研究结果的相关性的生物现象，如从细胞膜和条纹，观察他们的外套上的小窝的萌芽。
2003-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Active interface growth and pattern formation in membrane-protein systems
最近的实验观察图案在活细胞的膜的启发，我们提出了一个通用模型的动力学波动的界面驱动的颗粒状夹杂物，刺激其生长。我们发现，界面和夹杂物动力学之间的耦合产生微相分离和行波的自组织。这些模式与上述肌动蛋白-蛋白质系统实验中发现的模式惊人地相似。我们的研究结果进一步表明，积极的增长动力学不属于Kardar-Parisi-Zhang普适类增长接口，而是显示一种新的叠加平衡样缩放和持续振荡。
2018-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamics of biomembranes with active multiple-state inclusions
研究了含活性包体生物膜的非平衡动力学。内含物代表蛋白质分子，其在ATP配体带来的能量的驱动下进行循环内部构象运动。随着蛋白质构象的周期性变化，这会引起流体动力学流动，并直接影响膜的局部曲率。另一方面，膜的局部曲率的变化修改蛋白质中的构象状态之间的转换速率，导致所考虑的系统中的反馈。此外，活性夹杂物可以通过膜扩散移动，使得表面浓度变化。构造了该系统的动力学描述，并分析了该系统的均匀定态的稳定性。我们表明，作为供应的化学能的速率增加到一定的阈值以上，这种均匀的状态变得不稳定和固定或行波自发地发展在系统中。这种波伴随着膜曲率和夹杂物密度的周期性空间变化。对于典型的参数值，它们的特征波长是数百纳米的量级。对于行波，特征频率为一千Hz或更小的量级。
2009-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of rigid and flexible extended bodies in viscous films and membranes
我们研究的动态扩展棒状机构（或相关）膜和电影。我们证明了一个显着的差异之间的流动性在电影和散装流体，即使当耗散是由流体应力为主：对于大型夹杂物，我们发现，旋转和运动垂直于杆轴表现出纯粹的本地阻力，其中的阻力系数是代数杆尺寸。我们还研究了半柔性夹杂的{ \em内部}模的动力学，发现在弛豫谱中存在两个动力学区域。
2003-06-03 cond-mat.soft
Lateral diffusion of a protein on a fluctuating membrane
膜中蛋白质的横向扩散的测量通常假设蛋白质的运动发生在平面中。然而，真正的膜会受到热波动的影响，导致夹杂物进入第三维空间。我们通过将真实的三维扩散投影到平面上的有效扩散上来计算这种效应的大小。我们认为这是一个蛋白质，是自由扩散的膜和一个也耦合到当地的曲率。对于自由扩散的夹杂物，测量的投影扩散常数比实际值小15%。耦合到曲率增强扩散显着高达两倍。
2005-03-23 cond-mat.soft
Drag forces on inclusions in classical fields with dissipative dynamics
我们研究了均匀运动的夹杂物上的拖曳力，这些夹杂物与通常用于研究软凝聚态系统的动力学自由场论线性相互作用。阻力被证明是非线性函数的夹杂物速度和强烈依赖于现场动力学。所获得的一般结果可以用来解释伊辛系统中的阻力，也预测存在的阻力蛋白质在膜由于耦合到膜的各种物理参数，如组成，相位和高度波动。
2010-04-01 cond-mat.soft
Drag Coefficient of a Circular Inclusion in a Near-Critical Binary Fluid Membrane
本文计算了置于均相二元混合物组成的平板流体膜中的圆形液区在分层临界点附近的阻力系数。假设一个足够小的相关长度，我们把域动力学作为独立的临界波动和使用高斯自由能泛函的混合物。由于近临界性，区域组分和混合物组分之一之间的优先吸引在区域外显著地产生成分梯度，并且可以影响阻力系数。我们首先考虑一个域具有相同的膜粘度的域外部。阻力系数相对于优先吸引力的无量纲强度展开。数值计算表明，膨胀系数的大小随着强度的增加而减小，并且该系列的一阶项通常给出了实际材料常数的良好近似。的优惠吸引力的效果被证明是能够在实践中变得显着大。我们第二次考虑的情况下，膜粘度的域内部和外部是不同的。当畴粘滞性增加到无穷大时，展开级数的一阶项减小到接近零。这与以前的数值结果表明，流体动力学的优势吸引力的影响可以忽略不计的刚性磁盘。
2018-06-18 cond-mat.soft
Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological membranes
已知形成生物膜的脂质双层在亚微米尺度上表现为粘性2D流体;通常它们含有大量活性蛋白质内含物。最近，它已被显示[Proc.Nat.Acad. Sci. USA 112，E3639（2015）]，这类活性蛋白质应诱导非热波动脂质流动，导致生物膜中被动内含物的扩散增强和趋化性样漂移。在这里，这样的效果进行了详细的分析和数值研究。重点讨论了蛋白质在脂筏中的聚集情况。我们表明，被动粒子往往成为吸引主动筏，并积累在他们里面。
2016-08-24 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Membrane protein clustering from tension and multibody interactions
本研究借助膜蛋白点曲率模型，揭示膜张力与多体相互作用共同调控相反曲率蛋白的集体吸引与相分离聚类，同时张力会增强同曲率蛋白的多体排斥并导致簇解体，相关现象具生物学意义且可实验验证。
2024-07-11 cond-mat.soft
Soft-Lubrication Drainage and Rupture in Particle-Driven Vesicles
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；Towson University（陶森大学）；Santa Clara University（圣克拉拉大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过力驱动刚性包涵体推动囊泡，揭示了弹性流体动力学机制，发现囊泡在特定条件下会因张力增加而破裂，为磁性大单层囊泡设计和细胞尺度化学递送提供新见解。
2025-12-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Nonequilibrium dynamics of membraneless active droplets
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
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
Simulation of Stochastic Non-Equilibrium Thermal Effects of Particle Inclusions within Fluid Interfaces and Membranes
本文提出流体界面中主动/被动粒子非平衡统计力学的理论建模与随机模拟方法，通过解析算子分解高效生成涨落场，揭示粒子加热与热梯度对流体动力学涨落的影响。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Reverse-selective diffusion in nanocomposite membranes
具有不可穿透的纳米内含物的某些聚合物膜的渗透性随着颗粒体积分数而增加（Merkel等人，Science，296，2002）。这一有趣的观察甚至与基于麦克斯韦经典的均相复合材料传导/扩散理论的定性预期相矛盾。这封信提出了一个简单的理论解释的基础上经典模型的扩散和聚合物物理。该理论的一个基本特征是在包合物-聚合物界面处的聚合物-段耗尽层。伴随的自由体积的增加导致局部渗透剂扩散率的显着增加，这反过来又增加了体渗透率，同时表现出反向选择性。该模型捕获所观察到的夹杂物的大小和体积分数的体积渗透性的依赖关系，提供了一个简单的膜的微观结构和性能之间的连接。
2005-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hybrid simulations of lateral diffusion in fluctuating membranes
本文介绍了一种新的方法来模拟夹杂物在波动膜中的横向扩散。所考虑的系统是由两个动态过程：膜的高度波动和夹杂物沿膜的扩散。虽然膜的波动可以表示在一个动态方程，遵循从海尔弗里希哈密顿量，扩散粒子的动力学描述的朗之万或Smoluchowski方程。在后一个方程中，需要考虑表面的曲率，这使得粒子扩散成为膜波动的函数。在我们的计划中，这些耦合的动力学方程，膜方程和粒子的朗之万方程，数值积分来模拟膜中的扩散。模拟被用来研究的比率的扩散系数投影在一个平面上和膜内扩散系数的情况下，自由扩散。我们比较我们的结果与最近的分析结果，采用预平均近似和分析这种近似的有效性。相关的关联函数的详细模拟研究揭示了一个令人惊讶的大范围内的近似是适用的。
2006-11-21 cond-mat.soft
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
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
Dynamics of water and ethanol in graphene oxide
我们利用准弹性中子散射（QENS）的动量传递（Q）依赖性来揭示在不同温度和不同取向下限制在氧化石墨烯（GO）粉末或膜中的水和乙醇的动力学。使用几个光谱仪在不同的长度和时间尺度上测量动力学。我们发现降低的扩散率（高达30%的情况下的水）和抑郁症的转变温度。当水在280-310 K的温度范围内表现出接近Arrhenius的行为时，乙醇的扩散率几乎没有温度依赖性。对于水和乙醇，我们发现的证据，固定和移动部分的封闭液体。流动部分表现出跳跃扩散，跳跃长度与GO表面中的氢氧根基团的预期平均间距一致。从各向异性测量，我们发现弱各向异性扩散，与令人惊讶的结果，扩散是更快的垂直于膜比平行于它。
2021-12-16 cond-mat.soft
Instabilities and diffusion in a hydrodynamic model of a fluid membrane coupled to a thin active fluid layer
我们构建了一个粗粒度的有效的二维（2D）流体动力学理论作为一个理论模型的耦合系统的流体膜和一个薄层的极性活性流体在其有序的状态，锚定到膜。我们表明，这样的系统是容易通过非平衡驱动，极性顺序和膜波动的相互作用的一般不稳定性。我们使用我们的模型方程计算的膜中的夹杂物的扩散系数，并表明，它们的值强烈依赖于系统的大小，在对比其平衡值。我们的工作推广了S. Sankararaman和S. Ramaswamy [Phys. Rev. Lett.，102，118107（2009）]涉及流体膜和有序活性流体层的耦合系统。我们的模型是广泛的启发，并应作为一个有用的出发点，耦合动力学的细胞膜和皮层肌动蛋白层锚定到它的理论描述。
2012-09-21 cond-mat.soft
Mutual diffusion of inclusions in freely-suspended smectic liquid crystal films
本文从实验和理论上研究了悬浮在空气中的二维流体近晶膜中圆形夹杂对的流体动力学相互作用。通过分析它们的布朗运动，我们发现，径向互迁移率的相同的夹杂物是独立的，其大小，但角耦合变得强烈的大小依赖于当它们的半径超过一个特征流体力学长度。所观察到的相互迁移率对夹杂物的大小的依赖性以及描述任意分离的模型，概括了莱文/MacKintosh理论的点力响应函数，并使用边界元方法来计算的迁移率矩阵。
2014-01-09 cond-mat.soft
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
