Real-time observation of polyelectrolyte-induced binding of charged bilayers
我们提出了实时观察的多层囊泡（MLV）的动态行为的共聚焦显微镜，由带电荷的合成脂质，当与带相反电荷的聚乙烯（PE）分子接触。我们发现，MLV表现出惊人的形态转变，这是由于高PE浓度梯度引起的带电双层的离散和渐进的结合。我们的物理图片证实了荧光强度的定量测量的双层相互结合。形状转变最终导致自发形成中空胶囊，其厚壁由与PE分子缩合的脂质多层膜组成。这类物体可能有一些（生物）技术应用。
2007-09-28 cond-mat.soft
Lateral depletion effect on two-dimensional ordering of bacteriorhodopsins in a lipid bilayer: A theoretical study based on a binary hard-disk model
利用二元硬盘模型研究了细菌视紫红质在脂双层中的二维有序性。考虑到横向耗尽效应，计算了相图。从相图中获得了单体和三聚体蛋白质有序的临界浓度。临界浓度比同意与实验时，排斥的核心之间的相互作用的耗尽剂，即脂质，考虑。结果表明，耗竭效应在跨膜蛋白的缔合行为中起重要作用。
2020-11-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Sterols sense swelling in lipid bilayers
在磷脂酰胆碱双分子层的模拟膜系统中，在主转变附近观察到双分子层的增厚（临界前行为，异常溶胀），这与温度呈非线性关系。甾醇、胆固醇和雄甾烯被用作时间分辨同时小角和广角X射线衍射研究中的传感器，以调查增厚的原因。我们观察到在纯脂质系统中的临界行为，以及与甾醇浓度小于15%。为了描述前临界行为，我们引入了前临界现象理论，数据的良好温度分辨率表明，涨落影响的理论需要修正。临界行为的主要原因似乎是双分子层的水合作用的变化。
1998-12-24 cond-mat.soft
Diffusion through nanopores in connected lipid bilayer networks
开发了一种细胞间通讯的仿生模型，以探测插入线性阵列中接触液滴之间形成的合成脂质双层中的离子通道的被动分子运输。对于不同的孔浓度，测量荧光探针穿过阵列的扩散。扩散特征时间尺度与孔隙浓度呈非线性关系。我们的测量成功地模拟了连续时间的随机游走描述，其等待时间是第一次退出时间从一个液滴通过一簇孔。发现孔簇的尺寸随着它们的浓度而增加。我们的研究结果提供了一个直接的联系之间的介观渗透性能和微观特征的孔，如它们的数量，大小和空间排列。
2019-02-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Low concentrated hydroxyectoine solutions in presence of DPPC lipid bilayers: a computer simulation study
通过半各向同性恒压（NPT）分子动力学模拟研究了羟基四氢嘧啶对DPPC脂双层存在下水溶液性质的影响。我们调查的溶剂共溶质行为的Kirkwood-Buff积分以及氢键寿命的羟基四氢嘧啶浓度增加到0.148 mol/L。所观察到的优先排除机制将羟基四氢嘧啶确定为亲液渗透剂。关于DPPC脂质双层，我们的研究结果表明，在较高的羟基四氢嘧啶浓度的存在下，表面压力以及溶剂可及表面积增加。结果与最近的实验结果一致。通过本研究，我们能够验证低浓度和生理相关渗透剂浓度下共溶质-溶质-溶剂效应的可见性。
2013-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Pathways connecting two opposed bilayers with a fusion pore: A molecularly-informed phase field approach
已经使用Ohta-Kawasaki模型（Macromolecules 19，2621-2632（1986））的扩展构建了具有两个相场的相场模型，分别表示两亲分子的浓度和头-尾分离。结果表明，这种分子信息相场模型能够产生各种自组装的两亲性聚集体，如双层，囊泡和胶束。此外，通过使用相场模型和弦方法的组合，获得了连接两个相对的双层与融合孔的路径。多个融合途径，包括经典途径和泄漏途径，已获得取决于两个双层的初始分离。该研究为理解膜融合途径提供了线索，更重要的是，为进一步研究更复杂的膜形态和转变奠定了基础。
2019-10-08 cond-mat.soft
Hydrogen Bond Networks Near Supported Lipid Bilayers from Vibrational Sum Frequency Generation Experiments and Atomistic Simulations
我们报告振动和频率产生光谱支持的脂质双层中的OH和CH伸缩信号探测在不同的盐浓度。原子模拟表明，盐对OH伸缩光谱的影响可以忽略不计，表明观察到的SFG强度变化是由于chi（3）和潜在的贡献。这些进一步分析在接触的精确零参考态。进一步的实验和模拟确定了在3200波数的两性离子DMPC脂质的PC头基处的界面水分子之间的特定氢键相互作用。
2018-03-03 cond-mat.soft
Charged bilayer membranes in asymmetric ionic solutions: Phase diagrams and critical behavior
我们认为相分离的不对称带电的脂质双层膜组成的中性和带负电荷的脂质，在接触/出具有不同的离子强度的离子溶液。两个不对称的小叶通过静电相互作用耦合。基于自由能方法，计算了两种溶液在不同离子强度和耦合参数下的临界点和相图。耦合常数的增加或内/外溶液之间盐浓度的不对称性，由于静电相互作用而产生更高的相分离温度。因此，强屏蔽（小德拜长度）的相共存区域增加。最后，预测了相图中可能的三相共存区域。
2011-09-26 cond-mat.soft
Coarse-Grained Model for Phospholipid/Cholesterol Bilayer
我们构建了二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）/胆固醇双层的粗粒度（CG）模型，并将其应用于大规模模拟研究的脂膜。我们的CG模型是膜的二维表示，其中单个脂质和甾醇分子由点状颗粒描述。有效的分子间相互作用模型中使用的系统来自详细的原子尺度分子动力学模拟使用逆蒙特卡罗技术，这保证了CG模型的径向分布特性是一致的，相应的原子系统。我们发现，DPPC/胆固醇双层的粗粒度模型比原子模型更有效，提供了约8个数量级的速度。结果是有利于形成富含胆固醇和胆固醇穷人域在中间胆固醇浓度，与实验相图的系统。我们还探讨了新的粗粒度模型的局限性，并讨论了本方法的一般有效性和适用性。
2004-06-30 cond-mat.soft
Lattice analogy of area-difference elasticity model for lipid-detergent bilayer vesiculation
使用小角中子散射实验\cite{1}在脂质洗涤剂溶液（二肉豆蔻酰-锡-甘油-磷酸胆碱/八乙二醇正十二烷基醚/水）中检查了囊泡化过程。当观察囊泡从棒状胶束到单层囊泡的过程时，这种转变是由跳跃式的温度升高和洗涤剂浓度的单调增加引起的。我们的数值估计的囊泡形状参数（弹性系数和其在宏观尺度上的分数）的基础上的面积差弹性模型\cite{2, 3}。因此，我们组成的数值蒙特卡罗方法，它连接的宏观和微观尺度的自回避随机表面的概念。
2006-08-04 cond-mat.soft
Alpha-tocopherol inhibits pore formation in the oxidized bilayers
在生物膜中，α-生育酚（α-toc;维生素E）保护多不饱和脂质免受自由基的侵害。虽然α-toc与非氧化脂质双层的相互作用已被研究，但它们对氧化双层的作用仍不清楚。在这项研究中，原子分子动力学（MD）模拟氧化脂质双层进行了不同浓度的α-toc。研究了1-棕榈酰-2-月桂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（PLPC）脂质及其醛衍生物以1：1比例形成的双层膜。我们的模拟表明，氧化脂质自组装成聚集体与水的孔隙迅速发展的脂质双层。α-toc分子在脂双层中转运的自由能表明α-toc可以被动吸附到脂双层中。当α-toc分子以低浓度存在于含有氧化脂质的双层中时，水孔的形成变慢。在高α-toc浓度下，未观察到孔隙。基于模拟结果，我们提出α-toc抑制氧化脂质双层膜中孔形成的机制是：α-toc在膜-水界面捕获氧化脂质的极性基团，导致氧化脂质与两个小叶接触并引发孔形成的概率降低。这说明α-toc分子不仅能保护双分子膜免受氧化，而且在脂质过氧化后还能起到稳定双分子膜的作用。这些结果将有助于设计更有效的分子来保护膜免受氧化应激。
2016-11-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Ion specificity modulated inhomogeneous interfacial flow inhibits bubble coalescence in electrolyte solutions
本文揭示了电解质溶液中由阴阳离子表面特异性引起的非均匀界面流通过形成浓度梯度和表面张力梯度抑制气泡聚并的机制，并结合高速干涉实验与输运模型进行了定量验证。
2020-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cationic DMPC/DMTAP Lipid Bilayers: Molecular Dynamics Study
已知阳离子脂质膜与DNA形成紧密的复合物，并且在体外和体内都有效地作为基因递送剂。在这里，我们采用分子动力学模拟的详细原子的研究脂质双层组成的混合物的阳离子二肉豆蔻酰三甲基铵丙烷（DMTAP）和两性离子二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）。我们的主要目标是研究如何双层的组合物影响其结构和静电性能的液晶相。通过改变DMTAP的摩尔分数，我们已经发现，每个脂质的面积有一个显着的非单调依赖于DMTAP的浓度，最小值周围的点的等摩尔混合物。我们表明，这种行为有一个静电的起源，并驱动带正电荷的TAP头基和两性离子PC头之间的相互作用。这种相互作用导致PC头基随着DMTAP浓度的增加而发生相当大的重新取向，并引起脂双层静电性质的重大变化，包括整个双层的总偶极电位显着增加以及水的有序性的显着变化在膜附近。此外，氯反离子主要与PC氮结合，这意味着与TAP头部基团相比，Cl离子对PC头部的屏蔽更强。这些研究结果的影响进行了简要讨论。
2003-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A mechanistic perspective on the effect of cholesterol in phospholipid bilayers
胆固醇（CHOL）是高等生物细胞质膜的重要组成部分，也是形成纳米结构域的主要因素之一。在这项工作中，分子动力学模拟的混合物的CHOL与DPPC（饱和脂质）和DLiPC（不饱和脂质）作为标准磷脂（PLs）在广泛的CHOL浓度。的关键思想是系统地提取所有的结构和相关的晶格模型，这些系统的制定，并表示它们的酰基链序参量的依赖性的晶体性质。详细的解释是简化的观察，一个很好的近似，相互作用的影响不依赖于总CHOL浓度，但只对当地的CHOL安排。由此产生的信息可用于激发CHOL分子的团聚，熵的相关性，而不是熵效应，以了解更强的影响，CHOL DPPC相比，DLiPC，或筏形成的热力学背景。它被证实，相互作用函数几乎没有改变，从二元到三元混合物的过渡过程中，这表明更复杂的混合物的概念的适用性。
2022-08-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure and Electrical Properties of DNA Nanotubes Embedded in Lipid Bilayer Membranes
通过脂质双层膜工程化合成纳米孔以进入细胞内部是生物技术中长期存在的挑战。在这里，我们证明了基于瓦的6-螺旋DNA纳米管（DNT）嵌入POPC脂双层的稳定性和动力学使用0.2微秒长的平衡MD模拟轨迹的分析。我们观察到，靠近管腔的脂质分子的头部基团合作地向DNA的亲水性糖-磷酸骨架倾斜，并在膜中突出的DNT补丁周围形成环形结构。此外，我们探讨了离子浓度对脂质-DNT复合物的溶液结构和稳定性的影响。通过对恒电场MD模拟的跨膜离子电流的测量，得到了脂质膜中充水DNT腔的I-V特性。随着盐浓度的增加，多孔DNT管腔的跨膜离子电导的测量值从4.3 nS变化到20.6 nS。在孔的口处具有ssDNA和dsDNA突出端的DNT的模拟显示了门控效应，对于打开和关闭状态的纳米孔，跨膜离子电导率具有显著差异。
2017-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Fluctuations in lipid bilayers: Are they understood?
我们回顾了最近的起伏脂质双层的计算机模拟研究。这种波动膜的理论解释是最常见的广义Helfrich型弹性模型的基础上，与本地的“突起”和/或密度波动的额外贡献。这样的模型提供了一个很好的基础，在定量水平上描述流体相的无张力双层的波动。然而，发现这种描述对于凝胶相中的膜和经受高张力的膜是失败的。倾斜的凝胶膜的波动显示出调制的波纹结构，这是在流体和倾斜的凝胶状态之间的预过渡制度中观察到的附近的阶段的签名。这使得对介观长度尺度的定量分析变得复杂。在张力下的流体膜的情况下，大波长的波动模式被发现是显着软比理论预测。在后一种情况下，我们还解决了框架张力和波动张力之间的关系的一般问题，这在最近几年已经讨论了一些有争议的。对具有固定面积的非常简单的模型膜的模拟表明，波动应该由框架张力而不是由内部张力控制。
2013-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Curvature-driven migration of colloids on lipid bilayers
胶体和蛋白质都可以与脂质双层结合，并在这些二维流体中横向移动。受蛋白质的启发，产生膜曲率，感觉到底层膜的几何形状，并迁移到高曲率的网站，我们探讨的问题：胶体，粘附到脂质双层，也可以感觉和响应膜的几何形状？我们报告的曲率迁移的Janus微粒粘附到巨大的单层囊泡拉长，目前定义良好的曲率场。然而，与蛋白质不同，蛋白质的迁移是为了使膜弯曲能最小化，胶体的迁移机制完全不同。通过确定沿轨迹耗散的能量，介导这些相互作用的能量场被推断为在局部偏曲率中是线性的，如先前报道的在不混溶流体之间的弯曲界面处捕获的胶体。然而，在后一种系统中，能量梯度要大得多，因此粒子的运动是确定性的，而囊泡上的胶体在弱曲率梯度区域的运动具有显著的波动。通过解决的作用，布朗运动，我们表明，所观察到的曲率迁移的双层胶体确实是一个曲率毛细迁移的情况下，膜张力发挥界面张力的作用。此外，由于这种运动是由膜张力和形状介导的，所以它可以通过简单地改变这些参数来调节，或者甚至打开和关闭。虽然在许多贡献中已经考虑了脂质膜上的颗粒-颗粒相互作用，但我们在这里报告了一种令人兴奋的和以前未探索的方式，以积极引导胶体迁移到脂质双层上的所需位置。
2016-02-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mechanical properties of anionic asymmetric bilayers from atomistic simulations
机械力转导是对机械应力的生物学反应，通常由机械力敏感（MS）蛋白在机械诱导的细胞膜变形后的激活启动。目前的挑战，以充分了解这一过程是预测如何脂双层变形后，施加机械应力。在这种情况下，现在已经确定阴离子脂质影响许多蛋白质的功能。在这里，我们测试的假设，阴离子脂质可以间接调节MS蛋白的脂质双层机械性能的改变。采用全原子分子动力学模拟，计算了生理浓度下含或不含磷脂酰丝氨酸（PS）或磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）的磷酸胆碱（PC）脂双层的弯曲刚度（KC）、面积压缩系数（KA）和表面剪切粘度（η m）。首先检查每个非对称双层模型的无张力小叶，并提出了在非对称双层中嵌入非对称通道的公式。来自两种不同尺寸的双层的结果一致地表明，通过PIP2在PC双层的下小叶中添加20%的表面电荷对其机械性能的影响最小，而PS使双层弯曲刚度降低了22%。作为比较，用30%胆固醇（一种已知的硬化类固醇脂质）补充富含PIP2的PC膜，产生所有三个机械常数的显著增加。成对张开模量的分析表明，双分子层弯曲刚度的阴离子脂质的效果在很大程度上取决于模拟过程中形成的阴离子脂质对的数量。在机械敏感压电通道的框架下讨论了双层弯曲刚度的潜在含义。
2021-05-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Surface charges effects on the 2D conformation of supercoiled DNA
我们将质粒PuC19 DNA吸附在支持的双层膜上。脂质在双层内的流动性确保了DNA分子的2D平衡。通过改变膜中阳离子脂质的比例，我们调整了表面电荷。用原子力显微镜（AFM）对等离子体的构象进行了成像，我们进行了两组实验：无盐溶液在带电双层膜上的沉积和盐溶液在中性双层膜上的沉积。根据实验条件的不同，质体可以被看作是环，完全开放的结构，或紧密超螺旋的plectonemes。plectonemic构象观察到的带电表面（在盐的情况下）或在30 mM的盐浓度的中性双层。我们证明了通过移动界面电荷进行表面屏蔽和通过盐离子进行体屏蔽的等效性。
2012-05-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A criterion to identify the equilibration time in lipid bilayer simulations
为了建立一个标准，用于识别时，脂质双层已达到稳定状态，使用分子动力学模拟技术，脂质双层的液晶相的不同组成的模拟在水溶液中的氯化钙$_2$作为电解质的存在下，在不同的浓度水平。在这方面，我们使用了两种不同的脂质双层系统：一种由288 DPPC（二棕榈酰磷脂酰胆碱）组成，另一种由288 DPPS（二棕榈酰磷脂酰丝氨酸）组成。在这个意义上，对于这两种类型的脂质双层，我们已经研究了一些脂质性质的时间演变，如每个脂质的表面积，氘序参量，脂质水合和脂质-钙的协调。从他们的分析中，很明显，每种属性都有不同的时间来实现平衡。发现以下顺序，从快的性质到慢的性质：离子的配位$\approx$氘序参量$>$面积每脂质$\approx$水合。因此，当脂质的水合或每个脂质的平均面积稳定时，我们可以确保脂质膜已经达到稳定状态。
2012-12-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A lattice model for the kinetics of rupture of fluid bilayer membranes
我们已经构建了一个模型的动力学膜破裂的张力下，应用相关的物理原理，通过疏水相互作用的脂质双层在一起。膜的特征在于体积可压缩性（用于膨胀）、双层疏水部分的厚度、疏水性和表征脂质的尾部刚性的参数。该模型是一个晶格模型，其中包括应变弛豫，并认为在恒定的面积，恒定的温度，和恒定的颗粒数的孔的成核。通过允许多个占据位点来保持粒子数。以总孔表面积和孔分布作为序参量，建立了平衡“相平衡”与温度和应变的函数关系。随着张力的增加，出现一级破裂线;随着温度的升高，原始孔隙浓度不断增加，直至失稳。该模型解释了饱和和不饱和PC脂质双层和较厚的人工双层的二嵌段共聚物的当前结果。孔径分布的面积膨胀和温度的各种值，并评估孔边缘的分形维数。
2003-02-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
The order-disorder transition in model lipid bilayers is a first-order hexatic to liquid phase transition
利用分子动力学模拟研究了模型脂双层中的有序-无序转变。我们发现有序相是六方相。特别地，面内结构具有5-7个向错对的有限浓度，这些向错对在整个双层的平面中扩散，并且此外，面内结构表现出长程取向有序和短程平移有序。相反，无序相是液体。两相之间的过渡是一阶的。具体而言，它表现出滞后，共存表现出与毛细管缩放的接口。的接口和它的空间波动的位置进行了分析，从一个旋转不变的本地6倍取向顺序构造的空间场。作为有限界面张力的结果，必然存在预熔化有序相的膜结合溶质之间的组装的关联力。
2015-07-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
