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
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
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
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
Phase-separation transitions in asymmetric lipid bilayers
使用由脂质混合物制成的微米级脂质双层囊泡，研究了与脂质组合物的不对称性相关的相分离的形态学转变。完整的宏观相分离形态经历了一个过渡到微观相分离的形态通过一个lorate形态作为一个亚稳态。该转变导致通过重复的畴断裂事件出现单分散纳米尺寸的畴。此外，我们还利用描述相分离的含时Ginzburg-Landau模型和弯曲弹性膜对相变进行了数值验证，通过固定一个自由参数，这与实验结果定量一致.我们的研究结果表明，由于不对称的组合物的局部自发曲率起着至关重要的作用，在热力学稳定的微相分离的脂质双层。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Atomistic simulations of a multicomponent asymmetric lipid bilayer
细胞膜在其组成上是固有的不对称和异质的，这是其功能的关键特征。采用原子分子动力学模拟，研究了由不饱和的棕榈酰-油酰-磷脂酰胆碱（POPC）、饱和的鞘磷脂（SM）和胆固醇组成的三组分不对称混合脂双层体系的物理性质.在这些模拟中，观察到液体有序的$l_o$结构域形成的初始阶段，并且发现这种结构域高度富集胆固醇和SM。目前的模拟还表明，胆固醇分子可以分配到这些SM主导的区域的比例为$3:1$相比，POPC主导的区域。SM分子表现出可测量的倾斜和长程倾斜的相关性内观察到的$l_o$域作为结果的双层的不对称性，与局部膜变形和出芽的影响。SM和胆固醇分子，这反映了空间变化的物理环境中遇到的标记粒子的标记粒子扩散，计算和最近的实验结果相比，从高分辨率显微镜。
2012-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalously Slow Domain Growth in Fluid Membranes with Asymmetric Transbilayer Lipid Distribution
首次用数值方法研究了跨双层脂质分布的不对称性对流体囊泡相分离动力学的影响。这种不对称性示出设置一个自发的曲率的域，改变的形态和动态显着。对于适度的张力，域的上限和自发的曲率导致令人不安的慢动力学，相比对称双层的情况下。相反，在高张力和低张力的极限情况下，动力学朝向完全相分离进行。
2006-04-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of an asymmetric bilayer lipid membrane in a viscous solvent
双层脂质膜（BLM）是许多生物系统的重要组成部分，在细胞和周围环境之间形成功能屏障。当膜从结构扰动松弛时，松弛的动力学取决于双层结构。我们提出了一个模型的BLM在粘性溶剂中，包括一个明确的描述的“厚”膜，其中单层小叶的厚度的波动耦合到该单层内的脂质密度的变化。我们发现色散关系描述了三种直观形式的双层运动，包括一个模式描述运动的单层间表面没有注意到以前在文献中。两个内在的长度尺度出现，有助于解释的动力学;众所周知的萨夫曼-德尔布鲁克长度和另一个，$\ell_r$，由单层间的摩擦。该框架还允许单层小叶之间的BLM参数的不对称性，这被发现耦合双层运动的动态模式。
2015-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Bilayer registry in a multicomponent asymmetric membrane : dependence on lipid composition and chain length
细胞膜生物学相当感兴趣的一个问题是跨不对称双层的相分离结构域是否彼此强烈相关，以及一个小叶中的相分离是否可以诱导另一小叶中的分离。我们回答这两个问题是肯定的，使用原子分子动力学模拟研究的3-组分{\em不对称}脂质双层包括不饱和的POPC（棕榈酰-油酰-磷脂酰-胆碱），饱和的SM（鞘磷脂）和胆固醇与不同的组成比例的平衡统计特性。我们的模拟是通过固定的组合物的上部小叶是在共存的液体有序（$l_o$）-液体无序（$l_d$）相，而下部小叶的组合物是不同的相共存制度的混合$l_d$相，跨越一阶相边界。在每个瓣叶的相共存状态下，我们发现两个瓣叶之间的$l_o$结构域具有很强的跨双层相关性，导致{\it双层注册}。这种跨双层相关性敏感地取决于参与脂质的链长和可能的脂质化学的其他特征，如饱和度。我们发现，当下小叶名义上处于混合（$l_d$）相时，上小叶中的$l_o$结构域可以{\em诱导}下小叶中的相分离。
2013-09-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Mechanical performance of hybrid polymer-lipid vesicles with leaflet asymmetry engineered using microfluidics
本研究利用微流控精确制备对称与不对称聚合物-脂质杂化囊泡，揭示不对称结构显著提升囊泡刚度和韧性并降低脂质扩散率。
2025-09-02 cond-mat.soft physics.app-ph
Comment on "Elastic Membrane Deformations Govern Interleaflet Coupling of Lipid-Ordered Domains"
代替摘要，第一段内容为：Galimzyanov等人[1]发现，通过不对称的“滑动区域”（长度$L\!\sim\!5\,\textrm{nm}$），稠液体有序（$L_{o}$）和稀液体无序（$L_{d}$）配准的脂质双层相之间的线张力最小化（图1）。他们声称，线张力单独解释域注册，没有“直接”（区域依赖）小叶间相互作用[2，3]。我们发现这是没有根据的，没有直接的相互作用，他们的结果将预测\textit{antiregistration}，依赖于组成。为了从线能量找到平衡，线\textit{tensions}必须与给定组成下给定状态的界面长度相结合。这在[1]中没有实现。
2016-04-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
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
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
Simulating Curved Lipid Membranes Using Anchored Frozen Patches
Department of Materials Science and Engineering, Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格雷恩工程学院材料科学与工程系）
本文提出一种通过锚定冻结平衡膜片段引入任意曲率的方法，用于模拟弯曲脂双分子层，验证了该方法在平膜上的有效性，并探讨了曲率与膜不对称性的耦合效应及对膜形态和性质的影响。
2025-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rolled up or crumpled: phases of asymmetric tethered membranes
我们发现，反转不对称栓系膜表现出一个新的双螺旋相与长程取向顺序不存在于对称膜。我们计算这些膜在这个阶段的通用代数螺旋形状。不对称性也会引发这些膜的褶皱。对脂质、红细胞膜提取物和一侧涂有石墨烯的体外实验可以验证这些预测。
2019-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
AI-guided transition path sampling of lipid flip-flop and membrane nanoporation
该研究利用AI引导的过渡路径采样（TPS）捕捉脂质双分子层小叶间的脂质翻转过程，动态训练神经网络预测承诺子，发现粗粒化、原子级及长链脂质的三种不同翻转机制，且反应坐标在高维空间呈有效线性。
2025-02-17 cond-mat.soft q-bio.BM
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
Conformational dynamics and phase behavior of lipid vesicles in a precisely controlled extensional flow
脂质囊泡在基本的生物过程中起着关键作用。尽管最近的进展，我们缺乏一个完整的了解囊泡的非平衡动力学，由于长期观察强流中的形状波动的挑战。在这项工作中，我们使用Stokes阱在平面延伸流中呈现了囊泡形状和构象转变的流动相图，这使得能够在精确定义的流中控制单个或多个囊泡的质心位置[Shenoy，Rao，Schroeder，\textit{PNAS}，113（15）：3976-3981，2016]。以这种方式，我们直接观察到的非平衡构象的脂质囊泡作为减少体积$ν$，毛细管数$Ca$，和粘度对比$λ$的函数。我们的研究结果表明，在拉伸流的囊泡动力学的特点是出现了三个不同的形状过渡，包括管状对称哑铃过渡，一个球状体不对称哑铃过渡，准球形椭圆过渡。实验相图与最近的模拟预测非常一致[Narsimhan，Spann，Shaqfeh，\textit{J. Fluid Mech.}，2014，\textbf{750}，144]。我们进一步表明，囊泡形状转变的相边界是独立的粘度对比度。两者合计，我们的研究结果表明，在精确定义的流量的囊泡拉伸动力学的精确量化的斯托克斯陷阱的效用。
2019-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Effect of local stress on accurate modeling of bacterial outer membranes using all-atom molecular dynamics
本研究通过全原子分子动力学模拟，探讨膜构建方案引起的局部应力对铜绿假单胞菌外膜与PQS分子相互作用的影响，发现差异应力可改变自由能最小值位置，为膜建模提供关键见解。
2022-10-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Model plasma membrane indicates the inner leaflet is poised to initiate compositional heterogeneities
我们研究了一个模型的不对称双层组成的鞘磷脂，磷脂酰胆碱，胆固醇在外部小叶，磷脂酰乙醇胺，（PE），磷脂酰丝氨酸，胆固醇在内部小叶。成分波动通过弯曲能量耦合到膜波动，弯曲能量取决于内瓣叶中PE占主导地位的局部自发曲率。这在该小叶中产生具有37 nm特征波长的微乳液，如PE-PE结构函数所示。因此，内瓣叶在这个长度上对外部扰动的响应最强烈。然而，相关长度约为1 nm，因此在内瓣叶本身中看不到组成变化。根据小叶之间的耦合强度，外小叶是正常流体或也是微乳液。在该模型中，质膜的脂质将不会表现出不均匀性，但将被引发以响应于非脂质扰动而从内小叶产生它们。
2016-08-20 cond-mat.soft
