Model-free thermodynamics of fluid vesicles
出于对流体膜中表面张力变量的性质和相互关系的长期争论，我们将膜囊泡的热力学重新表述为包含三维体积的通用二维有限系统。该配方示出需要两个张力变量，共轭的每分子的面积和体积面积比的密集约束。我们得到这两个变量之间的关系，在各种情况下，以及它们的对应关系的张力变量的膜的其他定义。几个有关膜张力的争议，从而解决了模型的热力学水平。热力学公式也可用于处理对膜的详细统计力学和相互作用不敏感的囊泡的大规模性质。
2012-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Flexoelectric fluid membrane vesicles in spherical confinement
对球形限制性弯电流体膜囊泡在外加均匀电场中的形态进行了数值研究。由于限制引起的变形，膜变得极化，导致与外部场的相互作用。在没有电场的情况下，囊泡的平衡形状可以在几何相图中分类为缩放面积和缩减体积的函数[1，2]。当膜的面积仅略大于限制球的面积时，出现单个轴对称内陷。非零电场诱导受限囊泡的额外伸长，其取决于电场参数的符号是垂直的或平行的。表面积或电场参数的较高值可降低系统的对称性，导致更复杂的折叠。我们提出了由此产生的形状，并表明，过渡线转移的存在下，一个电场。所获得的折叠模式可能是生物物理和技术应用的兴趣。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane-Mediated Interactions Between Nonspherical Elastic Particles
本文研究非球形弹性囊泡穿过脂质双分子层膜的包裹行为，利用Helfrich哈密顿量等理论方法预测了颗粒柔软度对包裹状态稳定性的影响，以及自由膜介导的颗粒间吸引或排斥相互作用，为靶向药物递送等医疗应用提供指导。
2022-11-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamic shapes of floppy vesicles enclosing active Brownian particles with membrane adhesion
本文数值研究了包含活性布朗粒子且粒子与膜粘附的活性囊泡的动态行为，发现ABP活性和粒子体积分数共同决定囊泡形状相变，膜粘附显著改变囊泡行为并提供额外控制参数。
2023-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Renormalized mechanics and stochastic thermodynamics of growing vesicles
The James Franck Institute, University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所）；Department of Chemistry, University of Chicago（芝加哥大学化学系）；Engineering Sciences and Applied Mathematics, Northwestern University（西北大学工程科学与应用数学系）
本研究针对生物膜非平衡动力学问题，通过理论与计算探究柔性准球形生长囊泡的行为，发现非平衡驱动重整膜力学性质引发形态转变，并提出可描述远平衡区生长的最简生长-形状定律。
2025-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluid Vesicles with Viscous Membranes in Shear Flow
研究了剪切流中膜粘度对囊泡动力学的影响。我们提出了一种新的模拟技术，它结合了三维多粒子碰撞动力学的动态三角形膜模型的溶剂。随着膜粘度的增加，囊泡从稳定的坦克踩踏过渡到不稳定的翻滚运动。根据减少的体积和膜粘度，剪切可以诱导两个discocyte-to-prolate和prolate-to-discocytetransformation。这种动力学行为可以从一个简化的模型中理解。
2004-04-15 cond-mat.soft
Encapsulated bacteria deform lipid vesicles into flagellated swimmers
我们研究了一个合成系统的运动大肠杆菌细菌封装在巨大的脂质囊泡。细菌在膜内侧施加的力足以挤出充满一种或几种细菌的膜管。我们表明，膜管和鞭毛的封闭细胞之间的物理耦合转换成一个有效的螺旋鞭毛推进囊泡管。我们开发了一个简单的理论模型来估计推进力的速度的囊泡，并证明了良好的效率，这种耦合机制。这些结果共同指出了赋予合成细胞运动性的设计原则。
2022-08-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Theoretical study of vesicle shapes driven by coupling curved proteins and active cytoskeletal forces
真核细胞具有灵活的形状，根据细胞执行的功能动态变化。使细胞膜变形为所需形状的一种机制是通过表达弯曲的膜蛋白。此外，这些弯曲的膜蛋白通常与细胞骨架的募集有关，然后细胞骨架施加使膜变形的主动力。曲率和活性之间的这种耦合先前在小变形和低维度的线性极限中进行了理论探索。在这里，我们探讨了不受限制的形状的囊泡，含有活性弯曲膜蛋白，在三维空间，使用蒙特卡罗数值模拟。蛋白质的活性是以向外推动膜的膨胀力的形式，这可能是由于在膜附近发生的肌动蛋白或微管聚合而引起的细胞骨架。对于具有各向同性凸形状的蛋白质，额外的膨胀力增强了它们聚集并形成膜突起（芽）的趋势。此外，我们还发现了另一个从项链型聚集体的变形球体到扁平煎饼状囊泡的过渡，其中弯曲的蛋白质排列在外边缘。第二次转变是由主动力驱动的，再加上自发弯曲，由此产生的配置可能有助于了解粘附和运动细胞的板状伪足的组织。
2018-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Binding of curvature-inducing proteins onto tethered vesicles
系留囊泡由圆柱形膜管和球形囊泡组成，通过光学镊子和微量移液器实验施加的机械力产生。这种拴系囊泡用于检查曲率诱导蛋白的曲率传感。在这项研究中，我们澄清如何结合蛋白质的横向各向同性自发曲率的感觉和产生的膜曲率的拴系囊泡使用平均场论和无网格膜模拟。膜管中蛋白质密度和管曲率的力依赖曲线分别从力点反射对称和点对称，其中管具有感测曲率。结合蛋白质的弯曲刚度和自发曲率可以从这些力依赖曲线估计。在低和高的力振幅下，管中的低和高蛋白质密度之间可以发生一级转变。均相的模拟结果与理论预测吻合得很好。此外，在模拟中还发现了具有微相分离的串珠状管。
2021-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluctuation spectroscopy of giant unilamellar vesicles using confocal and phase contrast microscopy
一种广泛使用的方法来测量双层膜的抗弯刚度是波动光谱，它分析了热驱动的膜波动的巨大单层囊泡记录的相位差或共聚焦显微镜。在这里，我们分析了使用这两种技术的相同囊泡的波动，并获得一致的值的弯曲模量。我们讨论了可能导致差异的因素。
2020-09-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Geometric pinning and antimixing in scaffolded lipid vesicles
揭开脂质结构域组织背后的物理机制是细胞生物学和膜生物物理学的核心目标。以前的研究细胞和模型脂质双层具有相分离的域发现膜的几何形状和它的化学组成之间的复杂的相互作用。然而，缺乏一个模型系统，同时控制膜的形状和保护其组成排除了曲率引起的影响的基本理解。在这里，我们提出了一类新的多组分囊泡支持的胶体支架设计的形状。我们发现，域组成适应的几何形状，从而产生一种新的“反混合”状态。理论建模使我们能够链接的高曲率区域的膜的材料参数的域的钉扎。我们的研究结果提供了关键的见解相分离的细胞膜和曲面一般。
2018-04-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
On the cause of Zeta potential of a charged vesicle. The extra- and intravesicular membrane charges contribute differently to the extra- and intravesicular potential
当囊泡膜的内表面和外表面上的电荷密度相似时，可以假设更靠近外/内表面的点处的电势更受位于囊泡膜的外/内表面处的电荷的影响。然而，由于囊泡的曲率和电解质离子的屏蔽效应，情况更加复杂。当囊泡膜的内表面和外表面处的电荷密度相同时，则在距囊泡中心的任何有限距离Z处，位于外膜表面处的电荷对囊泡电势Vex的贡献不同于位于内膜表面处的电荷对囊泡电势Vin的贡献。在低电解质离子浓度（从C=0到0.00001 [Mol]）下，Vex/Vin>1，并且随着从囊泡中心到囊泡膜的外表面的距离的增加而增加。随着距离的进一步增加，Vex/Vin在C=0 [Mol]处保持恒定，而在C>0 [Mol]处开始减小。然而，在高电解质离子浓度（C>0.01 [Mol]）下，随着距囊泡中心的距离增加，Vex/Vin在囊泡膜的内表面处达到其最大值。随着距离的进一步增加，靠近囊泡的外表面，Vex/Vin变得小于1（即，膜的内表面处的电荷比外表面处的电荷对电势的贡献更大）。进一步增加距离，Vex/Vin达到其最小值，然后增加到1（即，膜的内表面处的电荷与膜的外表面处的电荷一样对电势有贡献）。随着电解质离子浓度的增加，Vex/Vin的最小值变得更深（接近零），并且其位置越来越接近囊泡的外表面。
2021-02-22 cond-mat.soft
Membrane Viscosity Determined from Shear-Driven Flow in Giant Vesicles
脂双层膜的粘度在确定包埋蛋白的扩散常数和膜变形的动力学中起着重要作用，但历史证明它非常难以测量。在这里，我们介绍了一种新的方法的基础上的大规模的循环模式内诱导的囊泡粘附到固体表面，并进行简单的剪切流在微流控装置的量化。粒子图像测速技术基于旋转圆盘共聚焦成像的示踪粒子的内部和外部的囊泡，和跟踪相分离的膜域被用来重建完整的三维流动模式引起的剪切。这些测量结果与最近的理论分析的预测显示出极好的一致性，并允许直接测定膜的粘度。
2013-08-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Long-range attraction of particles adhered to lipid vesicles
许多生物系统将脂质膜的薄片折叠成复杂的三维结构。这种微观折纸通常由蛋白质在膜上的吸附和自组装介导。作为研究吸附介导的相互作用的模型系统，我们研究了粘附在脂质囊泡上的微米颗粒的集体行为。我们使用粒子轨迹的极大似然分析来估计胶体相互作用。当粒子被一个张力膜高度包裹时，我们观察到强烈的长程吸引力，典型的结合能为150 $k_B T$，并且有显著的力延伸到几微米。
2016-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Visualization of membrane loss during the shrinkage of giant vesicles under electropulsation
我们研究了透化电场施加到两种不同类型的巨型单层囊泡，第一种形成的EggPC脂质和第二种形成的DOPC脂质的效果。两种脂质类型的囊泡的实验显示囊泡半径的减小，这被解释为是由于透化过程中的脂质损失。我们表明，在尺寸上的减少可以定性地解释为脂质面积的损失，这是成比例的面积的囊泡透化。直接观察到三种可能的机制负责脂质损失：孔形成，囊泡形成和小管形成。
2010-01-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Reaction-Diffusion System in a Vesicle with Semi-Permeable Membrane
我们研究了具有半透膜的囊泡中的Schloegl模型。膜区的扩散常数较小，阻止了自催化产物的流出。在囊泡内部稳定地维持非平衡状态。营养物质被吸收，废物通过扩散通过膜排出。它被解释为细胞中原始代谢的模型。
2006-03-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Membrane Stretching Elasticity of Lipid Vesicle and Thermal Shape Fluctuations
测定模型脂膜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囊泡的形状波动。米尔纳和赛峰给出了这种分析的理论基础。在他们的理论中，没有考虑拉伸效应。在本研究中，我们推广了他们的方法，包括后推导出的统计力学的囊泡的应用程序的拉伸效果。
2017-12-28 cond-mat.soft
Wrapping nonspherical vesicles at bio-membranes
本文采用 Helfrich Hamiltonian 与三角剖分膜能量最小化方法，研究非球形软囊泡在不同膜刚度和张力下的包裹状态及三相点规律。
2025-02-15 cond-mat.soft
A vesicle microrheometer for high-throughput viscosity measurements of lipid and polymer membranes
本研究提出一种基于巨型单层囊泡瞬态变形的膜粘度测量新方法，可无创高通量检测多种脂质和聚合物膜粘度，发现不同膜体系的流变特性差异及膜极化对粘度的调控作用。
2021-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane Heterogeneity Driven Dynamics of Multicomponent Vesicles in Shear Flow
本文提出热力学一致的相场模型，研究剪切流中多组分囊泡动力学，发现表面张力异质性可触发摆动和翻滚，并揭示弯曲刚度异质性导致的三种新动态状态，为可调囊泡载体提供设计原则。
2025-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Membrane-mediated force transduction: Stick-slip motion of vesicles with fluid membranes
本文研究了内力如何通过流体膜转导为运动，通过开发由旋转磁场驱动铁磁粒子的脂质囊泡最小系统，揭示了膜弹性、过剩面积和相共存等对力转导效率及囊泡粘滑运动的调控机制。
2025-07-10 cond-mat.soft
Coupling Anisotropic Curvature and Nematic Order: Mechanisms of Membrane Shape Remodeling
本研究理论探究各向异性弯曲膜组分通过曲率感知、向列作用等调控囊泡形态的机制，对比弧形与鞍形组分的不同效应，揭示拓扑缺陷定位规律，建立膜形状重塑的统一理解框架。
2025-06-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nanoparticles Binding to Lipid Membranes: from Vesicle-Based Gels to Vesicle Inversion and Destruction
细胞提供了许多鼓舞人心的例子，其中蛋白质和膜结合形成复杂的结构，这些结构是细胞内区室化，货物运输和细胞形态专业化的关键。尽管有如此丰富的例子，我们仍然缺乏在合成系统中控制膜形态的设计原则。在这里，我们表明，即使是相对简单的情况下，球形纳米粒子结合到脂质双层膜囊泡的结果在一个非常丰富的一组形态，可以通过颗粒结合能定量控制。我们发现，当结合能相对于特征膜弯曲能较弱时，囊泡彼此粘附并形成软固体，其可用作控制释放的有用平台。当结合能较大时，囊泡经历了一个显着的破坏过程，首先由内陷小管组成，然后由囊泡内翻，产生纳米颗粒-膜小管网络。我们提出，从一个行为到另一个的交叉是由纳米粒子从部分到完全包裹的过渡触发的。该模型通过计算机模拟和结合能的定量估计得到证实。这些发现为一类新的基于囊泡的闭孔凝胶打开了大门，这种凝胶的含水量超过99%，可以按需封装和释放。我们的研究结果还显示了如何有意地驱动囊泡的戏剧性形状变化，作为迈向形状响应颗粒的一步。最后，它们帮助我们统一了先前观察到的囊泡和细胞对添加的纳米颗粒的广泛反应。
2018-05-11 cond-mat.soft
Kinetic regulation of coated vesicle secretion
用于细胞内运输的囊泡的分泌通常依赖于专门的膜结合蛋白聚集成能够弯曲细胞膜的外壳。蛋白质外壳的成核和生长是一个动力学过程，与膜和胞质溶胶之间外壳组分的能量消耗周转竞争。我们提出了一个通用的动力学描述的外套组装和形成的涂层囊泡，并讨论其含义的动态COP囊泡内的高尔基体和内质网的交通。我们发现，固定面积的固定外套出现从外套生长和回收的外套组件之间的竞争，在一种类似于细胞骨架丝的研磨。我们进一步表明，营业额的涂层组件允许一个高度敏感的开关之间的静态和囊泡生产膜的机制，在交换动力学减慢。我们声称，这种开关行为的存在，也引发的因素，如货物的存在和膜机械张力的变化，允许有效地调节囊泡分泌。我们提出了一个模型，支持不同的实验观察，其中囊泡化的分泌膜受损的外壳蛋白的能量消耗解吸，直到货物或其他因素的存在下触发一个动态切换到一个囊泡生产状态。
2008-07-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Shape transitions of high-genus fluid vesicles
用动态三角形膜模拟方法研究了亏格2 ~亏格8流体囊泡的形态。结果表明，膜孔的排列改变囊泡的形状和形状转变的类型为属$g \ge 3$。在高的缩小体积下，具有圆形排列的$g+1$孔的口细胞连续地转变成具有一排$g$孔的盘状细胞，其中固有面积差增加。相反，在低体积下，口细胞转变成（$g+1$）-面体形状，随后表现出离散的相变为盘状细胞。
2015-12-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Transmembrane transport of polymer brush-grafted nanoparticles into giant vesicles
本研究利用自洽场理论揭示了聚合物刷修饰纳米颗粒在不同接枝密度下进入大囊泡的跨膜运输机制，发现高密度下直接穿膜转运，低密度下通过内吞作用运输，熵是主要驱动力。
2025-12-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Dynamics of growth and form in prebiotic vesicles
假设生命起源的基质是益生元囊泡的生长、形成和分裂，这些囊泡是由不同成分和形状的流体组成的膜状囊。这些不平衡结构的动力学由物理化学过程控制，所述物理化学过程包括两亲物插入膜中、流体流过膜和膜的弹性形变。为了了解益生元囊泡的形式和它们的动力学，我们构建了一个极小模型，耦合膜的生长，变形，和流体渗透，最终表达在两个无量纲的参数，表征膜生长和膜渗透性的相对速率。数值模拟表明，我们的模型捕捉到的形态多样性，在现存的前体模拟细胞生命，并可能提供简单的指导方针，这些复杂的形状从简单的成分合成。
2019-07-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Topological connection between vesicles and nanotubes in single-molecule lipid membranes driven by head-tail interactions
脂质纳米管-囊泡网络是细胞间通讯和物质运输的重要通道。在邻近的哺乳动物细胞中实验观察到，但也在模型膜系统中复制，它们的形成和稳定性存在广泛的共识。脂质膜必须由至少两种分子组分组成，每种稳定低（通常是磷脂）和高曲率。第二种两亲物的强各向异性或增强的圆锥形状对于纳米隧道的形成至关重要。各向异性驱动力通常有利于纳米管从囊泡突出。在目前的工作中，我们报告了独特的情况下，拓扑连接的纳米管囊泡中获得的定向力的情况下，在单分子膜，由各向异性bolaform糖脂，高于其熔化温度，Tm。冷冻-TEM和荧光共聚焦显微镜显示在稀释条件下，在60{ \textdegree }和90{ \textdegree }C之间的单相区域中囊泡和纳米管之间的互连。固态NMR表明，糖脂可以呈现两种不同的配置，头-头和头-尾。这些安排，似乎可比的能量以上的Tm，可以解释拓扑连接的囊泡和纳米管的存在和稳定性，这通常是没有观察到的经典的单分子磷脂为基础的膜以上的Tm。
2022-11-18 cond-mat.soft
Shear-Driven Circulation Patterns in Lipid Membrane Vesicles
最近的实验表明，当一个近半球形的脂质囊泡附着在固体表面进行简单的剪切流，它表现出一种模式的膜循环很像偶极涡。这与附着在表面上并受到剪切的不混溶流体液滴的相关问题中出现的环形环流形成鲜明对比。流动模式的这种深刻差异源于膜的横向不可压缩性，其将可观察到的流动限制在膜中的速度场是二维发散自由的那些流动。在这里，我们研究这些循环模式内最简单的模型膜流体动力学。基于Papkovich-Neuber势的流场的系统扩展被开发用于膜与周围流体之间的一般粘度比。与实验结果的比较[C. Vézy，G. Massiera和A. Viallat，软物质3，844（2007）]，并且示出了这样的研究如何能够允许测量膜粘度。讨论了破胶和模式选择问题。
2012-08-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Can amphiphile architecture directly control vesicle size?
由简单两亲分子在溶液中自组装的双层膜总是具有平面基态形状。这是膜的几种内部弛豫机制的结果，并阻止了囊泡大小的直接控制。在这里，我们表明，这一原则是可以规避的，通过分子设计直接控制大小是一个现实的可能性。使用粗粒度的计算，我们设计的四嵌段共聚物，形成一个优选的曲率膜，并演示了如何形成低多分散性囊泡，同时抑制胶束化。
2013-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Rotational dynamics of bound pairs of bacteria-induced membrane tubes
本文研究了游动大肠杆菌在巨型单层囊泡中诱导膜管形成的现象，发现细菌推力产生的长寿命膜管可形成稳定的束缚对并相互绕转，其稳定性由曲率介导的相互作用和鞭毛旋转产生的涡度共同维持。
2025-09-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Double-mode relaxation of highly deformed vesicles
已知脂质囊泡经历复杂的构象转变，但系统地表征非平衡膜形状动力学仍然具有挑战性。在这里，我们报告的直接观察脂囊泡松弛高度变形的形状使用斯托克斯陷阱。囊泡形状松弛描述由两个不同的特征时间尺度的弯曲模量和膜张力。有趣的是，实验结果是一致的变形膜的粘弹性模型。总之，这些结果表明，囊泡松弛是由膜弹性模量，表面张力，和囊泡放气之间的相互作用。
2020-02-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cell-Scale Dynamic Modeling of Membrane Interactions with Arbitrarily Shaped Particles
本文提出一个基于力的计算框架，用于模拟任意形状颗粒与脂质囊泡在细胞尺度下的动态相互作用，通过朗之万动力学和两种粘附方案，揭示了质量比对包裹行为的影响，并展示了多种几何形状的适用性。
2025-08-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermal Preconditioning of Membrane Stress to Control the Shapes of Ultrathin Crystals
本研究利用巨型单层囊泡膜生长六重对称超薄磷脂晶体，揭示冷却速率通过预处理膜张力调控成核、生长与晶体形貌，并建立仅依赖物理性质的应力演化模型。
2024-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic bidirectional coupling of membrane morphology and rod organization in flexible vesicles
University of Twente（特温特大学）；Utrecht University（乌得勒支大学）
研究通过实验和模拟结合的最小模型，揭示了柔性囊泡中杆状粒子的有序排列源于各向异性相互作用、几何约束和边界顺应性的相互作用，展示了软约束如何驱动内部有序与囊泡形状的双向耦合，从而形成相图，其中长形囊泡在较低的填充分数下促进向列相对齐，而较高的填充分数诱导类似液晶的有序排列，使囊泡重塑为板状形态。
2026-05-21 cond-mat.soft
Topological transitions in fluid lipid vesicles: activation energy and force fields
脂质双层膜是生命得以存在的基本生物屏障。双层动力学在很大程度上参与协调细胞的工作，其特征在于实质性的稳定性以及允许受控形态/拓扑变化的极端可塑性。在全细胞尺度上模拟和理解囊泡样膜的拓扑变化是一个难以实现的目标。我们提出并在这里讨论一个连续体模型，能够涵盖在一个大单层囊泡的规模的双层膜的融合/裂变过渡，并评估最小的自由能路径的过渡，灵感来自融合/裂变诱导蛋白质在自然界中朝着最小的工作支出的想法。结果预测了能量势垒的正确高度，并提供了力场，通过作用于膜，可以诱导过渡。他们被发现在很好的协议，在强度，规模和空间定位与实验数据的典型蛋白质系统在过渡期间发挥作用。该模型可以铺平道路，为开发更完整的模型的过程中，动力学耦合到流体的内部和外部环境和其他应用程序的拓扑变化发生或应该被阻止。
2022-02-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Vesicles in magnetic fields
脂质体囊泡倾向于与施加的磁场对齐。这是由于形成这些囊泡的膜的脂质的方向磁化率差异。在这项工作中，脂质体囊泡暴露于磁场的模型。从磁场中脂质膜的基本能量出发，推导出施加到周围流体的力。这种力，然后被用来调查囊泡在磁场的存在下的动力学。
2016-08-19 cond-mat.soft
Influence of salt on membrane rigidity of neu-tral DOPC vesicles
盐是水环境中非常常见的分子，但一价离子Na^+和Cl^-与磷脂中性头部的相互作用是否足以改变膜的刚性仍然是一个谜。为了解决这个长期酝酿的争论，我们研究了DOPC囊泡在流体相中随外部盐浓度增加的动力学。在较高的盐浓度下，我们观察到中子自旋回波光谱（NSE）的抗弯刚度增加和小角X射线散射（SAXS）的双层厚度增加。我们比较了不同的模型，以区分膜波动，脂质尾运动和平移扩散的囊泡。所有模型均表明抗弯刚度增加了1.3至3.6倍。我们证明，即使对于t > 10 ns，和Q > 0.07 1/μ s的观察到的NSE弛豫谱明显的影响，由平移扩散的囊泡。当t < 5 ns时，脂质尾运动主导中间动力学结构因子.随着盐浓度的增加，这种贡献减少。我们引入了一种新的抗弯刚度随时间变化的分析方法，该方法仅突出有限的Zilman-Granek时间窗口，其中刚度具有物理意义。
2020-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Accurate determination of elastic parameters for multi-component membranes
由于共存的脂质相在细胞膜中的异质性已被证实在细胞信号传导和膜运输中起主要的功能作用。因此，多相系统的材料性质，如线张力和弯曲模量，是至关重要的动力学和相分离的渐近行为。在这封信中，我们提出了一个分析和实验相结合的方法来确定相分离囊泡系统的性能。首先，我们开发了一个分析模型的弱芽双相囊泡的囊泡形状。随后，囊泡形状和膜波动的实验数据，并比较模型。结合的方法允许一个可重复的和可靠的测定复杂囊泡系统的物理参数。所获得的参数设定了活细胞质膜中纳米域的大小和稳定性的限制。
2007-06-28 cond-mat.soft
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
From supported membranes to tethered vesicles: lipid bilayers destabilisation at the main transition
我们报告的结果有关的支持磷脂双分子层的不稳定在一个定义明确的几何形状。当从室温加热沉积在高度亲水性载玻片上的支撑磷脂膜时（即在凝胶相中具有脂质），在脂质的主要凝胶至流体转变温度周围观察到未结合。它导致形成相对单分散的囊泡，其中大部分仍然拴在支持的双层。我们解释这些意见的急剧下降的弯曲刚度模量$κ$在过渡区，结合弱的初始粘附能。在尺度参数的基础上，我们表明，我们的实验结果与这一假设是一致的。
2006-11-07 cond-mat.soft
Wrapping of Microparticles by Floppy Lipid Vesicles
脂质膜是定义活细胞及其许多亚区室的屏障，与各种各样的纳米和微米尺寸的物体结合。在强粘附力的存在下，膜可以强烈变形并包裹颗粒，这是穿过膜进行各种健康和疾病相关过程的重要步骤。大量的理论和数值工作都集中在确定包裹的物理性质。使用的模型系统的微米级的胶体颗粒和巨大的单层脂质囊泡与可调的粘附力，我们测量的包裹相图，并进行定量比较的理论模型。我们的数据是一致的膜-颗粒相互作用占每单位面积的粘附能，膜的弯曲刚度，颗粒大小和囊泡半径的模型。
2020-09-22 cond-mat.soft
Law of corresponding states for osmotic swelling of vesicles
当溶质分子由于跨膜的浓度差而渗透到囊泡中时，囊泡通过渗透而膨胀。溶胀可以分为两个阶段：（a）“熨烫”阶段，其中囊泡的体积与面积比增加而其面积没有显著变化;（b）拉伸阶段，其中囊泡生长同时保持基本上球形，直到其破裂。我们表明，这两个阶段之间的交叉可以表示为一个加宽的连续相变。因此，不同的囊泡和不同的渗透溶质的溶胀曲线可以重新缩放成一个单一的，理论上预测的，通用的曲线。这样的数据崩溃证明了巨大的单层POPC囊泡，由于尿素，甘油，或乙二醇的渗透膨胀。因此，我们获得了一个灵敏的测量溶质的膜渗透系数，发现一个浓度无关的系数尿素，而甘油和乙二醇被发现增加溶质浓度。此外，我们使用的过渡的宽度，从数据崩溃中提取，推断的数量的独立的弯曲模式，影响在过渡区的囊泡的热力学。
2012-10-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entry of Microparticles into Giant Lipid Vesicles by Optical Tweezers
本研究利用光镊探究在无强结合作用下微粒穿透巨型单层囊泡脂质膜的过程，发现施加皮牛顿级外力且膜张力较低时微粒可进入，并在黏附力消失极限下揭示了膜面积储库作用及弯曲毛细长度处的最小力。
2023-01-06 cond-mat.soft
From shallow to full wrapping: geometry and deformability dictate lipid vesicle internalization
本研究结合实验与连续介质模拟，揭示囊泡尺寸相对弯曲–毛细长度的几何关系及其可变形性如何共同决定GUV从浅包裹到完全包裹的内化转变。
2025-07-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Modelling cellular spreading and emergence of motility in the presence of curved membrane proteins and active cytoskeleton forces
真核细胞在生物体的正常发育过程中粘附于细胞外基质，形成静态粘附以及在细胞运动期间。我们研究这个过程中，考虑一个简化的粗粒度模型的囊泡，具有均匀的粘附能与一个平面基板，移动弯曲的膜蛋白和主动力。我们发现，高浓度的弯曲蛋白单独增加的囊泡的扩展，通过弯曲蛋白在高曲率囊泡-基底接触线的自组织，从而减少在囊泡边缘的弯曲能量惩罚。这在低裸囊泡-基底粘附的状态中是最显著的。当这些弯曲的蛋白质诱导伸缩力时，代表肌动蛋白细胞骨架，我们发现有效的扩展，以片状伪足的形式。最后，发现相同的扩散机制包括产生能动表型所需的最小成分集。
2021-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Thermal fluctuations and osmotic stability of lipid vesicles
生物膜不断改变其形状，以响应外部刺激，并了解在异质环境中的囊泡的重塑和稳定性，因此是一系列细胞过程的根本重要性。一个关键的问题是囊泡如何响应外部渗透应力，所施加的囊泡内部和外部之间的溶质浓度的差异。以前的分析的膜弯曲能预测，微米级的巨型单层囊泡（GUV）应该成为全球变形已经为纳摩尔浓度差异，在实验结果中发现变形高得多的渗透应力。在这篇文章中，我们分析了机械稳定性的球形囊泡暴露于外部渗透压的热力学力学模型，包括热激发膜弯曲模式的影响。我们发现，包括热波动的囊泡形状的变化，使囊泡变形连续，在非热图片的突然过渡。然而，至关重要的是，预测的临界压力与全球囊泡变形保持相同的热波动被忽略时，大约六个数量级小于典型的崩溃压力最近实验观察到的GUV。最后，我们讨论了理论和实验之间持续不和谐的可能来源。
2022-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Elasticity of polymer vesicles by osmotic pressure: an intermediate theory between fluid membranes and solid shells
通过标度分析得到了曲面内聚合物的熵和由聚合物组成的膜的弹性自由能。发现薄膜的弹性自由能具有面内应变能加上Helfrich曲率能的形式[Z。自然的。C \textbf{28}，693（1973）]。通过讨论两种简化模型得到自由能中的弹性常数：一种是没有面内应变且两侧不对称的聚合物膜，它是曲面量子力学的对应物[Jensen和Koppe，Ann. Phys. \textbf{63}，586（1971）];另一种是具有均匀面内应变的平面橡胶膜。采用包含弹性自由能、表面张力能和渗透压诱导项的总自由能的一阶变分，导出了描述渗透压作用下聚合物囊泡平衡形状和面内应变的方程。通过对总自由能的二阶变分求出了球形高分子囊泡失稳的临界压力。研究发现，由于面内模态与面外模态耦合，面内模态对临界压力也有重要影响。理论结果表明，聚合物囊泡具有流体膜和固体壳之间的机械性能的中间。
2005-08-18 cond-mat.soft
Fluid membranes in hydrodynamic flow fields: Formalism and an application to fluctuating quasi-spherical vesicles in shear flow
研究了单流体双层膜在外部流体动力学流场中的动力学行为。确定性的运动方程的配置推导出同时考虑周围液体的粘性耗散和局部不可压缩的膜。对于剪切流中的准球形囊泡，热波动可以纳入一个Langevin型运动方程的变形幅度。该方程的解显示了稳态坦克履带形状的过阻尼振荡方法。倾斜角和弹性的轮廓被确定为过剩面积和剪切速率的函数。数值结果和实验的比较进行了讨论。
1998-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Switchable Wetting of Stimulus Responsive Polymer Brushes by Lipid Vesicles: Experiments and Simulations
我们接枝聚丙烯酸刷含有半胱氨酸侧链在一个确定的表面密度的平面脂质膜。镜面X-射线反射率数据表明，除了镉离子诱导的聚合物刷层的压实和调制的脂囊泡的粘附。诱导从非润湿到部分润湿状态的切换的临界阈值水平，[Cd 2 +] = 0.25 mM，由显微干涉法确定。囊泡和刷之间的相互作用进行了评价的高度波动的膜接触刷和囊泡的形状附近的表面。为了分析这些实验，我们通过模拟研究了轴对称囊泡在有限范围膜-基底相互作用和浮力下的粘附。我们发现，当地的横向条件，有关的最大曲率在边缘的粘附区的粘附强度仍然相当准确。因此，虽然在实验上不可能在零浮力下制备囊泡，但我们可以使用横向条件来估计粘附强度。然而，粘附图显着修改了有限范围的膜-基底相互作用和浮力。对于向下的浮力，囊泡仅仅沉积到衬底上，并且没有平均场粘附转变。对于向上的浮力，粘附的囊泡最多是亚稳定的。因此，平均场的粘附转变只能发生在消失的浮力。只有零范围的膜-基底相互作用不发生二阶粘附转变在有限的相互作用强度。对于任何有限程相互作用，当膜-基底相互作用从排斥变为吸引时，过渡发生。我们提出了一个粘附图作为粘附强度和浮力的函数，并比较囊泡的粘附行为的润湿行为的液滴。
2022-03-28 cond-mat.soft
Sensitive detection of ultra-weak adhesion states of vesicles by interferometric microscopy
我们已经使用了反射干涉对比显微镜（RICM）的原始分析，以检测糖脂囊泡和凝集素包被的基板之间的超弱特异性相互作用。在接触区中的膜的高度波动，观察与高照明孔径的膜的轮廓和膜-基板的距离定量确定使用新的分析，它占多个接口和多个入射光线。我们证明了RICM理论的这种改进版本是必要的，特别是在中间膜-基底距离（30 nm）的情况下，并有助于区分超弱相互作用和纯引力沉降
2010-11-28 cond-mat.soft
A Simple Experimental Model to Investigate Force Range for Membrane Nanotube Formation
活细胞中膜小管的存在对于许多生物过程是必不可少的。在细胞中，形成纳米尺寸的脂质小管的一种机制是通过分子马达诱导的双层提取。在本文中，我们描述了一个简单的实验模型，以调查所需的力量，脂质管形成使用驱动蛋白马达锚定DOPC囊泡。以前的相关研究使用分子马达主动拉动膜以提取纳米管。在这里，我们反转系统的几何形状，分子马达被用作静态锚连接DOPC囊泡的二维微管网络和外部流被引入到产生纳米管的阻力促进。我们发现，约7 pN的拖曳力足以用于半径为1至2 μ m的囊泡的小管提取。通过我们的方法，我们发现由单个分子马达产生的力足以从球形脂质囊泡中提取膜小管。
2016-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
