Local stress in cylindrically curved lipid membrane: insights into local versus global lateral fluidity models
本研究针对脂质膜横向剪切模量难以确定的问题，通过分子动力学模拟分析圆柱弯曲膜局部应力，验证全局流动性模型（单分子层厚度积分消失而非局部模量为零），为膜弹性建模及生物过程模拟提供关键依据。
2024-10-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structural Reorganizations and Nanodomain Emergence in Lipid Membrane Driven by Ionic Liquids
本研究探讨咪唑类离子液体对DPPC模型细胞膜结构的影响，发现长链离子液体DMIM[Br]能在膜内形成纳米畴并增加渗透性，其与细胞毒性直接相关，为设计更安全的离子液体提供了依据。
2024-07-26 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
The Physics of Antimicrobial Activity of Ionic Liquids
该研究揭示离子液体通过与细菌脂质双分子层相互作用、加速脂质横向扩散提升膜通透性从而杀菌，且烷基链越长抗菌效果越强，为IL类抗菌剂的设计优化提供了依据。
2024-06-24 cond-mat.soft
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
Modulation of elasticity and interactions in charged lipid multibilayers: monovalent salt solutions
采用Poisson-Boltzmann平均场方法，在恒电荷和恒电位限制电荷调节边界条件下，研究了NaCl溶液对流体层状相中阴离子脂质双层之间相互作用的静电屏蔽效应.全DLVO势，包括静电，水合和范德华相互作用，耦合到膜的热弯曲波动通过变分高斯Answer。这使我们能够分析渗透压和波动幅度之间的耦合，并同时将它们与通过小角X射线散射实验确定的对双层分离的测量依赖性进行比较。散射数据的高结构分辨率分析显示，作为盐浓度的函数的膜结构没有显着的变化。我们的研究结果的简约描述是一致的恒定的电荷限制的一般电荷调节现象，与完全解离的脂质电荷基团，随着NaCl浓度的增加，膜的弯曲刚度的四倍减少。
2016-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the statistical mechanics of shape fluctuations of nearly spherical lipid vesicle
生物膜的力学性能在生物体的结构和功能中起着重要的作用。用于确定模型脂质膜（具有相似机械性质的生物膜的简化模型）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质囊泡的形状波动。这种分析的理论基础是由米尔纳和赛峰开发的。在目前的研究中，我们分析他们的结果使用的方法的基础上Bogoljubov不等式和近似哈密顿方法。这种方法符合统计力学的原理，没有矛盾。当膜的拉伸弹性K_s趋于零时，我们的考虑验证了Milner和Safran的结果。
2014-09-12 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
Small ionic radii limit time step in Martini 3 molecular dynamics simulations
在其他改进中，Martini 3粗粒力场通过一致使用各种珠类型和尺寸，提供了对蛋白质口袋和通道溶剂化的更准确描述。在这里，我们表明，表示Na $^+$和Cl $^-$离子作为“微小”（TQ 5）珠限制可访问的时间步长为25 fs。相比之下，与马提尼2，30-40 fs的时间步长是可能的脂质双层系统没有蛋白质。这种限制与以下情况有关，例如，相分离脂质混合物需要长的平衡时间。我们推导出一个定量的动力学模型的时间积分不稳定性的分子动力学（MD）作为时间步长，离子浓度和质量，系统的大小，和模拟时间的函数。有了这个模型，我们表明，离子-水相互作用是在生理条件下的不稳定性的主要来源，其次是离子-离子相互作用。我们表明，增加离子质量使得它可以使用时间步长高达40 fs的静力平衡性能和动态量，如脂质和离子扩散系数的影响最小。增加代表离子的珠粒的尺寸（并因此改变它们的水合作用）也允许更长的时间步长。在Martini 3模拟中使用更大的时间步长可以更有效地探索配置空间。MD模拟碰撞的动力学模型可以用来确定最大允许的时间步长时，采样效率是关键。
2022-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Electrostatic Edge Instability of Lipid Membranes
本文研究了静电对带电膜稳定性的影响。我们发现，在低离子强度和高表面电荷密度，电荷之间的排斥膜上使其不稳定的空穴的形成。对于波长大于德拜屏蔽长度的调制，自由直边是不稳定的。因此，在低离子强度下，膜将分解成囊泡。我们使用这些结果来解释稳定的红细胞血影孔（Steck et.例如，Science 168：255（1970））。
1998-12-17 cond-mat.soft nlin.PS patt-sol
Non-universal Impact of Cholesterol on Ionic Liquid-Membrane Interactions
本研究通过多种生物物理技术揭示胆固醇对离子液体-膜相互作用的影响是非普适的，胆固醇虽减弱IL结合但增强膜透化，为IL在抗菌和药物递送中的应用提供新见解。
2025-05-23 cond-mat.soft
Wrinkling of a spherical lipid interface induced by actomyosin cortex
肌动球蛋白主动产生收缩力，为质膜提供进行生物过程所必需的变形应力。虽然纯化的肌动球蛋白的收缩特性已被广泛研究，了解的物理贡献的肌动球蛋白收缩力的可变形膜仍然是一个具有挑战性的问题，在生物物理领域的极大兴趣。在这里，我们重建了一个模型系统与细胞大小的可变形的界面，表现出异常的曲率依赖性的肌动球蛋白皮质下的球形封闭界面所造成的扭曲。通过对褶皱变形的形状分析，我们发现，通过增加细胞尺寸数量级的液滴曲率半径，即，几十微米。所观察到的曲率依赖性解释的皮质弹性和收缩性的理论描述。我们目前的研究结果提供了一个基本的洞察变形的弯曲膜引起的肌动球蛋白皮质。
2016-11-05 cond-mat.soft
Effect of dipolar moments in domain sizes of lipid bilayers and monolayers
脂质结构域存在于多组分双层膜和单组分单层膜等系统中的空气-水界面处。Andelman等人（Comptes Rendus 301，675（1985））和McConnell等人（Phys. Chem. { \bf 91}，6417（1987））表明，在单层中，结构域的大小是由于平衡线张力而产生的，线张力有利于形成大的单个圆形结构域，而线张力与组装脂质的偶极距的静电代价相反。本文给出了由三个不同介电常数和德拜长度的平板组成的不同问题的电势、离子分布和静电自由能的精确解析表达式。从这些解决方案中，我们扩展计算的域大小的单层，包括有限的离子强度，介电不连续性（或图像电荷）和偶极子的极化率的影响，并进一步推广计算占域的脂质双层。在单分子膜中，畴的大小取决于不同的介电常数，但与离子强度无关。在不对称双层中，其中内部和外部小叶具有不同的偶极密度，域显示出与离子强度的强烈的尺寸依赖性，随着离子强度的增加，分子大小的域生长到宏观相分离。我们讨论的实验结果的影响，并简要地考虑他们的关系，如维格纳晶体或异质外延生长的其他二维系统。
2006-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Challenges in theoretical investigations on configurations of lipid membranes
本文综述了脂膜构型理论研究的一些重要成果，并提出了该领域的一些挑战，包括：（i）脂囊泡形状方程的精确解;（ii）开放脂膜控制方程的精确解;（iii）两相囊泡在出芽状态下的颈条件;（iv）膜弹性的非局部理论;（v）对称性与自由能大小的关系。
2013-01-24 cond-mat.soft math-ph math.DG
Solid-supported lipid multilayers: Structure factor and fluctuations
我们提出了一个理论描述的热波动的固体支持的堆栈的脂质双层，消失的表面张力$γ= 0$的情况下，在连续近晶弹性的框架。该模型被成功地用于模拟薄（16个双层）DMPC样品的反射率分布下施加的渗透压和漫散射从厚（800个双层）堆栈。我们将我们的模型与先前存在的理论进行比较。
2015-04-09 cond-mat.soft
Geometric theory on the elasticity of bio-membranes
本文的目的是在外微分形式的框架下研究生物膜的形状和稳定性。在简要回顾了生物膜形状的理论和实验研究现状后，提出了一种几何方案，讨论了封闭脂双层的形状方程，开放脂双层和双组分膜的形状方程和边界条件，具有交联结构的细胞膜的形状方程和面内应变方程，以及封闭脂双层和细胞膜的稳定性。该格式的核心是利用外微分形式处理三维欧氏空间中曲面的变分问题。
2004-11-10 cond-mat.soft math-ph math.DG
Membrane stress tensor in the presence of lipid density and composition inhomogeneities
我们推导出密度和组成不均匀的单组分和双组分脂膜的应力张量的表达式。首先，利用虚功原理将薄膜应力张量表示为自由能量密度的函数。然后，我们将这一一般性的结果，单层模型，这是一个局部版本的区域差异弹性（ADE）模型。由此产生的应力张量表达式概括了与Helfrich模型相关的应力张量表达式，并且可以被专门化以获得与ADE模型相关的应力张量表达式。我们的应力张量直接给出了通过密度和成分不均匀性的单层边界交换的力。此外，它产生的力密度，这也是直接获得的协变形式主义。我们应用我们的结果来研究由局部扰动引起的膜中的力。
2011-04-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dependence of protein-induced lipid bilayer deformations on protein shape
膜蛋白通常使周围的脂质双层膜变形，这可以在膜蛋白的功能、调节和组织中发挥重要作用。膜弹性理论提供了一个美丽的描述蛋白质诱导的脂质双层变形，其中所有的物理参数可以直接从实验中确定。蛋白质诱导的脂质双层变形的膜弹性理论的分析处理主要集中在理想化的蛋白质形状与圆形截面，并与非圆形截面的蛋白质的微扰解。在这里，我们开发了一个边界值方法（BVM），允许建设非微扰的蛋白质诱导的脂质双层变形的非圆形蛋白质截面的解析解，为常数以及可变的边界条件沿双层蛋白质界面。我们将此BVM应用于蛋白质诱导的脂质双层厚度变形。我们的BVM再现可用的蛋白质与圆形截面和产量的解析解，蛋白质与非圆形截面，良好的协议与数值，有限元解。在此基础上，我们制定了一个简单的解析近似的双层厚度变形能与一般蛋白质的形状，并表明，适度偏离旋转对称性，这种解析近似是在良好的协议与BVM解决方案。使用BVM，我们调查蛋白质诱导的脂质双层厚度变形对蛋白质形状的依赖性，从而探索蛋白质形状和双层厚度变形的耦合如何影响蛋白质寡聚化和蛋白质构象状态的转变。
2022-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Molecular Decomposition of the Area Compressibility Modulus of Lipid Membranes
Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院弗鲁姆金物理化学与电化学研究所）
本研究通过分子动力学模拟和维里应力分析，将脂质膜面积压缩模量分解为分子基团贡献，发现烃链主导弹性，水-头基作用次之，为膜弹性提供微观解释。
2026-09-15 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
Undulation instability of lipid membranes under an electric field
从理论上研究了电场对脂双层等导电性差的膜的影响。跨非完美平坦膜的离子电流产生的不平衡电应力会引起不稳定的表面能，从而增强波动。推导了附着在框架上的薄膜的变形和随后作用在框架上的力，并研究了自由浮动薄膜的电流体动力不稳定性。我们发现一个最不稳定的模式波动，波长在$μm$范围内，连接到膜和溶剂之间的交叉主导的耗散。
2001-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cellular wrapping of elastic particles by a supported lipid membrane
Université Paris Cité, CNRS, Institut Jacques Monod（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，雅克·莫诺研究所）；Institut Curie, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS UMR168（居里研究所，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心联合研究实验室）；Department of Physics, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS)（基础科学研究高级学院物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文学系）
研究揭示了弹性粒子被细胞膜包裹过程中，颗粒柔性和膜-颗粒粘附力对包裹过程的影响，以及刚性对膜突起形成的作用，揭示了吞噬过程中的选择性行为。
2026-01-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bending rigidities and interdomain forces in membranes with coexisting lipid domains
为了精确地定量与共存的液体有序（Lo）和液体无序（Ld）域的异质脂质膜之间的基本相互作用，我们进行了详细的渗透应力SAXS实验，通过利用在筏模仿脂质多层膜的域对齐。执行蒙特卡罗（MC）为基础的分析，使我们能够确定与高可靠性的幅度和功能的依赖域间的力，同时弯曲弹性模量。与以前的方法相比，这种方法使我们能够在基本水平上考虑熵波动排斥，而不必求助于粗略合理的平均场等可加性假设。我们详细的Hamaker系数计算表明，在范德华吸引力共存的Lo和Ld阶段只有很小的差异。与此相反，排斥水化和波动的相互作用显着不同，后者占主导地位的整体排斥在Ld阶段。因此，在多层膜中，类似结构域的排列似乎起源于水合作用和波动排斥。
2015-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Liquid crystalline order and its impact on shape evolution of fluid lipid membranes
Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Institut für Wissenschaftliches Rechnen, Technische Universität Dresden（德累斯顿大学科学计算研究所）；Center for Systems Biology Dresden (CSBD)（德累斯顿系统生物学中心）；Cluster of Excellence Physics of Life (PoL), Technische Universität Dresden（德累斯顿大学生命物理卓越集群）
该研究将经典曲率弹性模型扩展至Beris--Edwards--Helfrich框架，显式考虑膜内液晶有序性，揭示其与形状演化及切向流动的耦合，并展示弹性参数对平衡形状的影响。
2026-10-30 cond-mat.soft math-ph math.MP
Molecular Weight Dependence of Polymersome Membrane Elasticity and Stability
囊泡制备在水中从一系列的二嵌段共聚物，并称为“聚合物囊泡”的物理特性。随着分子量$\bar{M}_n$的增加，聚氧化乙烯-聚丁二烯（PEO-PBD）的自组装双层的疏水核厚度$d$增加至20 $nm$ -显著大于任何先前研究的脂质系统。通过显微操作测量这些膜的机械响应，具体地，面积弹性模量$K_a$和最大面积应变$α_c$。正如界面主导弹性所预期的那样，发现$K_a$（$\simeq$ 100 $pN/nm$）与$\bar{M}_n$无关。相关的平均场理论也预测了$α_c$的极限值，该极限值是普遍的，并且比脂质的典型极限值高出约10倍。实验确实表明$α_c$通常随着$\bar{M}_n$而增加，接近应力松弛之前的理论极限，这与最高$\bar{M}_n$下的链缠结相反。结果突出了在纳米尺度上的自组装的界面限制。
2002-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Bilayer elasticity at the nanoscale: the need for new terms
连续弹性模型，占膜厚度的变化是特别有用的纳米级的变形，由于存在的膜蛋白与疏水性错配的描述。我们表明，涉及的梯度和每脂质的面积的拉普拉斯算子的条款是显着的，必须保留在膜的有效哈密顿。我们重新分析最近的数值数据，以及短杆菌肽通道的实验数据，根据我们的模型。该分析对于源自每个分子的面积梯度的项产生一致的结果。我们发现相关振幅的数量级，即13-60 mN/m，与水和膜的疏水部分之间的界面张力的25 mN/m贡献非常一致。这个术语的存在解释了以前发表的数值数据中的系统变化。
2012-11-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Ion channels in critical membranes: clustering, cooperativity, and memory effects
本文提出状态依赖性脂质亲和力统一解释离子通道的聚集、协同性与滞后现象，并通过临界膜模型揭示脂筏驱动的长程相互作用和电流记忆效应。
2024-01-22 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Increased Concentration of Polyvalent Phospholipids in the Adsorption Domain of a Charged Protein
我们研究了一个带电荷的蛋白质吸附到带相反电荷的膜，由移动磷脂的不同价态，使用一个pathetical-pathetical的方法。采用两块模型，一个块对应于膜上受蛋白质影响的区域，称为吸附域，另一个块对应于膜上未受影响的剩余部分。我们计算了蛋白质诱导的脂质重排的吸附域所产生的静电相互作用的系统和混合熵的脂质之间的相互作用。相等的电化学电位的脂质在两个块中产生的各种脂质馏分之间的关系在吸附域的表达式，表示一个敏感的依赖性的脂质馏分上的价。这种表达是两块图的结果，但不依赖于蛋白质-膜相互作用的进一步细节。我们随后使用泊松-玻尔兹曼理论计算了脂质组分本身。我们检查了脂质富集的依赖性，即，吸附域内外的脂质部分之间的比率，对各种参数，如离子强度和脂质价。在生理条件下，脂质化合价约为（-3）至（-4）时发现最大富集。我们的结果是在定性协议与最近的实验研究之间的相互作用的肽具有一个域的基本残基和膜含有一小部分的多价磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP 2）。这项研究提供了理论支持的建议，蛋白质吸附到膜上通过集群的碱性残基可以螯合PIP 2和其他多价脂质。
2004-03-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Water activity in lamellar stacks of lipid bilayers: "Hydration forces" revisited
水活性及其相互作用的关系，稳定层状堆叠的混合脂质双层在其流体状态的影响，通过渗透压测量加上小角x-射线散射。（电中性）双层由卵磷脂、两性离子磷脂和Simulsol（一种具有乙氧基化极性头的非离子辅助表面活性剂）的各种比例的混合物组成。对于高度脱水的样品的渗透压曲线总是表现出“经典”的指数衰减，随着水化的增加，但取决于Simulsol卵磷脂的比例，它成为“绑定”或“未绑定”类型的更多的水溶胀系统。一个简单的热力学模型用于解释的结果，而不诉诸著名的，但难以捉摸的“水化力”
2016-01-04 cond-mat.soft
Shell elasticity and viscosity of lipid-coated microbubbles are significantly altered in mediums of different ionic strength
本研究测量了不同离子强度介质中脂质包覆微泡的壳层特性，发现离子密度增加导致壳层弹性和黏度显著降低，归因于壳层周围致密电荷层的形成。
2023-07-25 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Primary and Secondary Hydration Forces between Interdigitated Membranes Composed of Bolaform Microbial Glucolipids
为了更好地理解生物体中的脂质膜，四十年来，使用应用于脂质膜模型的渗透压技术来研究分子间力已经构成了生物物理学领域的基础知识。然而，在磷脂以外的脂质体系中，如糖脂，分子间力的研究只是最近才获得了一定的兴趣。即使在这种情况下，工作通常集中在膜糖脂的研究，但对非膜功能化合物的新形式知之甚少，如微生物bolaform糖脂。本工作通过绝热湿度箱结合中子衍射的渗透应力方法，探讨了完全由交叉糖脂组成的膜的短程（< 2 nm）分子间力。实验在pH 6下进行，当糖脂部分带负电荷时，我们探索了低（16 mM）和高（100 mM）离子强度的影响。我们发现，该系统的特点是由初级和二级水合制度，分别不敏感和敏感的离子强度和典型的衰减长度为0.37 +- 0.12 nm和1.97 +- 0.78 nm。
2020-02-24 cond-mat.soft
Micelles Hydrodynamics
胶束由含有亲水性头部和疏水性尾部的单层脂质分子组成。这些两亲分子在水溶液中自发聚集成单分子层，由于弱的非共价力的疏水作用而保持在一起。胶束是柔性表面，其显示出不同拓扑结构的各种形状，但在机械平衡条件下，它们是球形的。胶束的形状和大小是许多变量的函数，如脂质浓度、温度、离子强度等。解决这个问题，为什么胶束的形状在机械平衡条件下是球体，分析证明是一个困难的问题。在下面的论文中，我们提供了胶束与溶剂平衡时的球形性质的最短和优雅的分析证明。本文提出的形式主义可以很容易地扩展到任何均匀的表面，如囊泡和膜。
2016-08-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Direct Computation of Two-Phase Icosahedral Equilibria of Lipid Bilayer Vesicles
正确制定的连续模型的脂质双层膜提出了一个重大的挑战，计算力学。特别是，中表面的行为是一个二维流体，而膜抵抗弯曲很像一个弹性壳。在这里，我们考虑了一个著名的Helfrich-Cahn-Hilliard模型的两相脂质双层囊泡，将中表面的流动性，曲率弹性和相场。我们提出了一个系统的方法来直接计算具有二十面体对称性的膀胱配置，这已在实验中观察到，其数学存在最近已经建立。我们首先介绍了一个径向图形配方，以克服与传统的拉格朗日描述内的流动性的困难。我们使用所谓的细分曲面有限元法结合二十面体对称网格。由此产生的离散方程是良好的条件和继承下的二十面体群的表示等变性。我们使用群论的方法，以获得一个减少的问题，捕获所有二十面体对称的解决方案的完整问题。最后，我们探索我们的简化模型的行为，改变数学模型中存在的许多物理参数。
2016-06-19 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
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
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
Splay and tilt energy of bipolar lipid membranes
生物体能够在极端恶劣的环境中生存。据认为，这种抵抗力至少部分是由古细菌膜的独特性质维持的。膜由所谓的bolalipids组成，其具有由两个烃链连接的两个极性头。因此，bolalipids可以以两种构象存在：i）极性头位于bolalipids层的不同侧，所谓的O形; ii）极性头位于该层的同一侧，所谓的U形。极性头和链在化学上都不同于常规脂质。在本研究中，我们发展的基础上的弹性理论的bolphoid膜。张开，倾斜和高斯曲率的变形被认为是。我们发现，从两个表面的bolphoid层的倾斜变形的能量贡献是添加剂，以及高斯曲率，而splay变形产生交叉项。U形的存在被考虑在层自发曲率方面。倾斜模量的估计和可能的实验允许测量展曲模量进行了描述。
2014-12-28 cond-mat.soft
Current rectification and ionic selectivity of alpha-hemolysin: Coarse-Grained Molecular Dynamics simulations
Universit\'e Paris-‐Saclay, CNRS, Univ Evry, LAMBE, 91025, \'Evry‐-Courcouronnes, France
本研究利用MARTINI粗粒化分子动力学模拟α-溶血素纳米孔的离子输运，验证了电流不对称与阴离子选择性，并识别出关键带电氨基酸，提出微观解释。
2022-01-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lipids diffusion mechanism of stress relaxation in a bilayer fluid membrane under pressure
本文提出了流体双层膜在阶跃压力脉冲作用下的横向应力松弛理论。理论上表明，脂质分子转移到应变区域可能会导致膜的自由能大幅下降，由于局部松弛的应力。同时，这种相同的效应也导致膜的自发弯曲的出现。建议的应力松弛机制可以解释最近的实验观察到的崩溃的离子电导通过蛋白质mechanosensitive通道刺穿大肠杆菌的膜。在通过施加外部压力打开通道后的几秒钟内，电导率降低。理论估计的磷脂扩散时间内的应变区域是有利的实验数据相媲美。我们的理论还预测了膜的曲率增加的同时，由脂质扩散引起的应力松弛。这种效应被提出的理论预测的实验检查。
2002-06-07 cond-mat.soft q-bio.QM
Morphodynamics of lipid vesicles under osmotic forcing
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
该研究通过连续介质模拟揭示渗透压驱动脂质囊泡经历屈曲、平滑和折叠三阶段演化，并预测了屈曲与折叠时间标度，阐明了膜塌缩与内陷的物理机制。
2026-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Numerical computations of the dynamics of fluidic membranes and vesicles
囊泡和许多生物膜由两个单层脂质分子组成，形成封闭的脂质双层。囊泡的动力学行为非常复杂，并且出现多种形式和形状。脂质双层可以被认为是一种表面流体，因此控制方程的演变包括表面（Navier-Stokes方程，其中特别是考虑到膜粘度。这种演变是由膜的曲率弹性产生的力驱动的。此外，表面流体方程耦合到体（Navier-Stokes）方程。我们引入了一个参数有限元方法来解决这个复杂的自由边界问题，并提出了第一个三维数值计算的基础上，充分（Navier-Stokes系统为几种不同的情况。例如，膜的粘度，自发曲率和面积差弹性（ADE）的影响进行了研究。特别是，事实证明，即使在本体流体之间没有粘度对比的情况下，也可以通过增加膜粘度来获得从罐踩踏到翻滚的转变。除了经典的坦克踩踏和翻滚运动，另一种模式（称为过渡模式在本文中，但最初称为摆动呼吸模式，后来也称为颤抖，过渡和摆动模式）分离这些经典模式出现，并由我们进行了数值研究。我们还研究了ADE和自发曲率模型中的平衡形状的特征，如萌芽行为或海星形式，在剪切流中的行为。
2015-10-27 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Fractional Hereditariness of Lipid Membranes: Instabilities and Linearized Evolution
在这项工作中，脂质有序的平面膜双层中产生的相变进行了研究，既占弹性单独和有效的粘弹性响应，这样的组件。通过最小化吉布斯自由能来研究这种膜的机械响应，吉布斯自由能仅惩罚面积拉伸及其梯度变化的扰动[1]。由于材料的不稳定性出现时，面积拉伸均匀配置的特点在于内的自由能量密度的spinoidal区，从这样的配置分叉显示发生振荡扰动的面内位移。实验观察[2]显示脂质结构的幂律面内粘性行为，允许脂质膜的有效粘弹性行为[3]，其落入分数遗传性的框架中。在这种情况下，一个适当的推广的变分原理调用弹性，并找到相应的欧拉-拉格朗日方程连同一组的边界和初始条件。变量的分离允许显示分数遗传性如何欠分叉模式与更多的空间振荡比相应的弹性模拟。事实上，材料不稳定性的面积应力的可用范围被发现相对于纯弹性的情况下增加。然而，求解上述Euler-Lagrange方程的扰动的时间演化表现出时间衰减，并且大量的空间振荡缓慢松弛，从而保持长尾型时间响应的特征。
2015-09-21 cond-mat.soft
Dynamic Analysis of Confined Ionic Liquids and Ionic Magnetic Fluids: Highlighting Long Range Elastic Interactions
通过使用全润湿边界条件来增强液体相对于表面的相互作用能，液体对机械剪切应力的响应更强，并且在亚毫米尺度下表现出弹性特性。这项研究在这里延伸到液体与强静电相互作用，如离子液体和顺磁性液体。我们表明，它也是可能的，以确定和测量非零的低频剪切弹性在亚毫米尺度。在通常被认为是粘性远离任何相变的液体中观察到的介观弹性性质以及没有扩展结构证实了考虑弹性相互作用作为外部电场或磁场下的集体效应的相关性。
2022-07-28 cond-mat.soft
Dielectric permittivity of water confined in stacks of charged lipid layers: extracting profiles from molecular dynamics simulations using a modified Poisson-Boltzmann equation
Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière（里昂第一大学，法国国家科学研究中心，光物质研究所）；UPR 22/CNRS, Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心查尔斯·萨德龙研究所）
本文提出一种修改的泊松-玻尔方程模型，用于研究水在带电脂层堆叠中的介电极化率剖面，揭示脱水导致的膜间吸引现象。
2025-09-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effects of Divalent Cations on Diffusion Dynamics of Biological Water Confined between Lipid Membranes
Global Science Research Center for Systems Chemistry (GCSC)（系统化学全球研究中心）；Department of Chemistry, Chung-Ang University（中央大学化学系）；Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics, Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院分子光谱与动力学中心）；Department of Chemistry, Korea University（韩国大学化学系）
通过分子动力学模拟和广义输运方程，研究了钙离子和镁离子浓度对脂质膜间纳米受限水分子扩散动力学的影响，发现Ca2+单调增加而Mg2+非单调改变扩散系数，归因于不同水合半径及界面结构动力学差异。
2026-05-23 cond-mat.soft
Bilayer-thickness-mediated interactions between integral membrane proteins
完整膜蛋白和周围脂质双层之间的疏水厚度失配可产生脂质双层厚度变形。实验和理论已经表明，蛋白质诱导的脂质双层厚度变形可以产生能量上有利的双层介导的整合膜蛋白之间的相互作用，以及整合膜蛋白大规模组织成细胞膜中的蛋白质簇。在膜的连续弹性理论中，蛋白质引起的双层厚度变形的能量成本可以通过考虑双层疏水核心的压缩和膨胀、膜张力和双层弯曲来捕获，从而导致描述给定的一组双层-蛋白质边界条件的脂质双层的形状的双调和平衡方程。在这里，我们开发了一个相结合的分析和数值方法与蛋白质诱导的脂质双层变形的平衡弹性方程的解决方案。我们的方法允许精确预测厚度介导的蛋白质相互作用的任意蛋白质对称性在任意蛋白质分离和相对取向。我们提供了精确的解析解圆柱形的完整的膜蛋白质与恒定和变化的疏水厚度，并开发微扰的非圆柱形蛋白质形状的解析解。我们补充这些解析解，并评估其准确性，通过开发有限元和有限差分数值解方案。两者合计，这里提出的工作到位的分析和数值框架，允许计算的双层介导的弹性相互作用的完整的膜蛋白的结构生物学所建议的复杂的蛋白质形状和在小的蛋白质分离最相关的拥挤的膜环境提供的活细胞之间的相互作用。
2016-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Slow sedimentation and deformability of charged lipid vesicles
研究悬浮液中的囊泡对于理解细胞在体内和体外表现出的复杂动力学具有重要意义。我们开发了一个计算机模拟的基础上的边界积分方法来模拟三维重力驱动的带电囊泡沉降到一个平坦的表面。膜的机械行为进行了建模，使用Helfrich哈密顿和膜的近不可压缩性是通过一个模型，该模型占膜的热波动。模拟进行了验证，并与使用悬浮囊泡标记的荧光探针，这使得可视化使用荧光显微镜和赋予膜的负表面电荷的实验数据进行比较。囊泡和表面之间的静电相互作用建模使用线性Derjaguin近似为低离子浓度的溶液。沉降速率作为囊泡到表面的距离的函数，通过实验和计算机模拟来确定。研究了囊泡与表面之间的间隙以及平衡时囊泡的形状。据确定，包括静电相互作用是基本的，以准确预测的沉降速率作为囊泡接近的表面和平衡时的间隙的大小，我们还观察到，在膜中的电荷的存在下，增加其刚度。
2013-07-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Large-scale simulations of fluctuating biological membranes
我们提出了一个简单的，和物理动机，粗粒度的脂质双层模型，适合微米级的计算机模拟。每一个~25 nm^2的双分子层片都由一个球形粒子代表。模拟疏水缔合力，多粒子相互作用抑制每个球的赤道暴露于其隐含的溶剂环境。高赤道密度的要求稳定了二维结构，而不需要晶体顺序，使我们能够匹配天然脂质膜的弹性和流动性。我们说明了该模型的多功能性和现实主义通过表征膜响应一个刺纳米棒。
2009-10-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular Dynamics Simulation of Apolipoprotein E3 Lipid Nanodiscs
本研究通过粗粒化与全原子分子动力学模拟，分析apoE3-NT/DMPC纳米盘的平行与反平行双带构型，发现含240–420个DMPC的纳米盘稳定，反平行构型具有更强相互作用与刚性。
2023-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
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
Connecting elasticity and effective interactions of neutral microgels: the validity of the Hertzian model
在材料科学中一个重要的开放性问题是单颗粒弹性性质和宏观体行为之间是否存在直接联系。在这里，我们解决这个问题，专注于原型的软胶体：温敏微凝胶。这些胶体大小的聚合物网络通常被假设通过简单的赫兹势相互作用，这是线性弹性理论中的经典模型。通过开发一种适当的方法，可以推广到任何种类的软颗粒，我们能够计算所有的弹性模量的非离子微凝胶跨越其体积相变（VPT）。值得注意的是，我们重现了实验中看到的许多功能，包括最小的泊松比接近VPT的外观。通过计算粒子-粒子有效相互作用和由此产生的集体行为，我们发现赫兹模型的工作以及中等值的包装分数。
2019-05-31 cond-mat.soft
On the difference between stiff and soft membranes: Capillary Waves
非结晶凝聚物质（软物质）的一个问题是在弹性和粘性之间建立正确的平衡，称为粘弹性。在日常生活中可以找到这种表现，其中轮胎中的粘弹性需要平衡，因此它仍然是灵活的，可以消散冲击能量，但又足够硬以实现节能操作。同样，关节软骨需要吸收冲击，同时在低水平的摩擦与高弹性操作.具有生物适用性的两个这样的例子是刚性膜，其允许关节滑动并因此在相应个体的寿命（数十年）内保持其功能，以及软化细胞膜，例如在细菌的情况下通过溶解（秒）来实现抗微生物效果。虽然第一种情况应该允许在高弹性下的低摩擦操作，但在第二种情况下，耗散到膜中的能量最终导致膜破坏。在这里，我们解决这两种类型的膜之间的内在差异，不同的刚度和纳秒时间尺度上显示不同的弛豫行为。较硬的膜显示出额外的弹性模式，即毛细血管波，这表明例如软骨或红细胞中所需的高度弹性。这些模式的能量在1微电子伏特的数量级。作为模型系统，我们选择了一个硬的磷脂膜的磷脂酰胆碱脂质和D2O/C10E4/癸烷微乳液系统代表软表面活性剂膜。我们的研究结果有助于解释自然界中观察到的许多膜的性质，其中硬膜润滑关节或保持完好，作为最小毛细血管中的红细胞颗粒，两者都具有极长的寿命。相反，软化的膜在很小的剪切应力下在几秒钟内就很容易被破坏。
2015-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Ionic phase transitions in non-ideal systems
我们建立了一个明确可解的朗道平均场论，用于研究由二价和一价反离子相对浓度驱动的受限或固定离子的体积相变。这种相变已经在离子凝胶中被广泛研究，其中该机制依赖于网络的自吸引或弹性。我们发现在水溶液中离子的非理想行为理论上可以在没有自吸引或弹性网络的情况下驱动相变。我们用类似于德拜-休克尔的幂律活动或关联自由能来表示非理想性，并保留机械自排斥以避免由于非理想项而导致的失控崩溃。在这个模型中，我们发现了一个连续的线的气-液型临界点，连接一个纯粹的单价，二价敏感的临界点在一个极端与二价，单价敏感的临界点在其他。朗道泛函的另一种表示处理第二种情况。我们包括一个公式的电势，这可能是一个方便的代理临界变化的体积。我们相对简单的平均场公式可能有助于探索离子检测技术和生物渗透控制等领域的可调临界灵敏度。
2011-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
