Excitable reaction-diffusion waves of curvature-inducing proteins on deformable membrane tubes
活细胞利用可兴奋的反应扩散波进行内部细胞功能，其中通常涉及曲率诱导蛋白。然而，它们的机械化学耦合的作用还没有很好地理解。在这里，我们报告的曲率诱导蛋白质的可兴奋的反应扩散波和交替的波由于变形引起的膜变形，使用粗粒度的模拟与修改后的FitzHugh-Nagumo模型的管状膜。蛋白质传播波使管状膜变形，并且大的变形诱导出芽和擦除波。波的速度和形状由膜变形和曲率诱导蛋白的空间分布的组合决定。波在方位角方向上也是起伏的，这取决于条件。旋转对称波局部变形管成对称形状，但平均保持直的形状。我们的模拟方法可以应用于其他化学反应模型，并用于研究各种生物膜现象。
2022-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pearling instability of membrane tubes driven by curved proteins and actin polymerization
活细胞内的膜变形对于各种细胞内细胞器的正确成形至关重要，并且在允许膜再循环和运输（例如内吞作用）的裂变/融合过程中是必需的。诱导膜曲率的蛋白质在这些过程中起着关键作用，主要是通过吸附到膜上并形成支架，根据蛋白质的曲率使膜变形。在本文中，我们探讨的可能性，膜管不稳定，通过珍珠机制，使吸附的弯曲蛋白质和肌动蛋白聚合，他们可能会招募的综合影响。珠状不稳定性还可以作为管分裂成囊泡的起始。我们发现，吸附的蛋白质更有可能稳定的管，而肌动蛋白聚合可以提供额外的收缩力所需的强大的不稳定性。我们讨论的相关性的理论结果，在体内和体外实验。
2014-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mechanism of membrane tube formation induced by adhesive nanocomponents
我们报告的数值模拟大胶体颗粒驱动的膜tubes。使用蒙特卡罗模拟，我们研究了该过程如何取决于颗粒大小，浓度和结合强度，并提出准确的自由能计算，以整理出如何管形成比较与竞争的萌芽过程。我们发现，管的形成是粘附在表面上的颗粒的集体行为的结果，并且它发生的结合强度小于出芽所需的那些。我们还发现，在膜表面上形成的颗粒的长线性聚集体通过降低与该过程相关联的自由能垒而充当成核种子。
2012-06-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Formation and Interaction of Membrane Tubes
我们表明，膜管（或膜系链）的形成，这是许多生物过程中的一个关键步骤，是非常重要的，涉及一阶形状转变。出流管所施加的力是其长度的非单调函数。我们指出，管相互吸引，这最终导致他们的合并。我们还表明，分离管的行为像半柔性长丝具有相当短的持久性长度。我们认为，这些属性在管状细胞器的形成和结构中起着重要的作用。
2002-05-29 cond-mat.soft
Two- or three-step assembly of banana-shaped proteins coupled with shape transformation of lipid membranes
BAR超家族蛋白具有香蕉形结构域，其导致脂质膜的局部弯曲。我们研究如何这样的局部各向异性曲率诱导蛋白质之间的有效相互作用，并使用无网格膜模拟改变囊泡和膜管的全局形状。蛋白质被建模为香蕉形的杆强烈粘附在膜上。我们的研究表明，棒组装通过两个连续的定向相分离不同于传统的二维相分离。随着杆曲率的增加，在膜管中，杆沿着方位角方向组装，随后沿着纵向方向组装，伴随着管的形状转变。在囊泡中，除了这两个组装过程之外，杆曲率的进一步增加诱导管状支架形成。
2014-08-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spicules and the effect of rigid rods on enclosing membrane tubes
由于例如微管、肌动蛋白丝或镰状血红蛋白纤维朝向膜的生长，在非线性变形状态下，膜管（针状体）出现在细胞或人工膜中。我们计算的轴向力所施加的圆柱形膜管，其平均半径，考虑到波动膜和封闭杆之间的空间相互作用。当分离接近零时，限制封闭杆表面附近的波动膜所需的力发散。这导致轴向力在平方根和随着张力增加和管半径收缩对膜张力的线性依赖性之间的平滑交叉。这种交叉可以发生在最生理相关的膜张力。我们的工作可能是重要的（一）解释实验中，轴向力是相关的管半径或膜张力（ii）在狭窄的管道中，这些波动的影响控制管半径的生物聚合物生长的动力学理论。
2005-07-27 cond-mat.soft q-bio.SC
Absolute vs Convective Instabilities and Front Propagation in Lipid Membrane Tubes
我们分析了生物膜管的稳定性，有和没有一个基本的流动脂质。膜动力学完全由两个无量纲数来描述：众所周知的Föppl-von Kármán数$Γ$和最近引入的Scriven-Love数$SL$，分别量化了基础张力和基础流速。对于不稳定管，局部扰动的增长率仅取决于$Γ$，而$SL$控制不稳定性的绝对或对流性质。此外，不稳定管的非线性模拟揭示了一个最初的本地化扰动的结果在传播前，留下一个薄萎缩管在其尾迹。根据$Γ$的值，细管通过振荡或单调的形状过渡连接到未受干扰的区域--这让人想起最近关于轴突收缩和萎缩的实验观察。我们阐明了我们的研究结果，通过弱非线性分析，这表明膜动力学可以近似的扩展Fisher-Kolmogorov方程类的模型。我们的研究揭示了轴突形状的模式选择机制，通过识别存在两个Lifshitz点，在该点前动态进行稳定振荡分叉。
2022-02-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Membrane tubes with active pumping: water transport, vacuole formation and osmoregulation
受原生动物伸缩泡复合体启发，本文提出一种具有单向离子泵和被动通道的主动膜管模型，通过渗透驱动水流形成大液泡以主动排出细胞内水分，为生物体渗透调节提供了一种可能的最小方法。
2024-09-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Formation of protein-mediated tubes is governed by a snapthrough transition
质膜管普遍存在于细胞膜和细胞内细胞器的膜中。它们在运输、离子运输和细胞运动中起着至关重要的作用。质膜管的形成可能是由于作用在膜上的局部力或由膜结合蛋白诱导的曲率。在这里，我们提出了一个数学框架来模拟蛋白质诱导各向异性自发曲率形成的圆柱形管状突起。我们的分析表明，管半径取决于一个有效的张力，其中包括从裸膜张力和蛋白质诱导的曲率的贡献。我们还发现，管的长度经历了一个突然的过渡，从一个短的，圆顶形的膜长圆柱体，这种过渡是一个突变的不稳定性的特点。最后，我们表明，突变不稳定性取决于不同的参数，包括涂层面积，弯曲模量，和蛋白质诱导的曲率的程度。我们的研究结果表明，由于BAR结构域蛋白的过程中，如内吞作用，在肌细胞中的t-小管形成，和嵴形成线粒体管的形成。
2022-06-08 cond-mat.soft
Tubulation pattern of membrane vesicles coated with bio filaments
通常使用通过激光或磁镊或通过进行性马达蛋白的作用施加的力将窄膜管从磷脂囊泡的表面拉出。最近的例子已经出现，其中这样的管自发地从囊泡与生物活性的细胞骨架丝（如FtsZ，微管）在GTP的存在下包被生长。我们展示了软囊泡如何变形，由于其拓扑结构，局部曲率和由于活跃的细丝的力之间的相互作用。我们目前的结果从动态三角形蒙特卡罗模拟的球形连续膜涂有一个电场，并显示如何的内在曲率的细丝和它们的有序相互作用驱动膜tubes。我们预测有趣的图案，弯曲的2D膜表面，促进管的形成。我们的模型的含义更动态的情况下，囊泡涂有活性混合物的微管和肌球蛋白显示形状振荡，也进行了讨论。所有这些情况都指向一个共同的主题，即2D膜表面上的缺陷位置是膜变形活动的热点。
2018-07-26 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
Cooperative wrapping of nanoparticles by membrane tubes
纳米颗粒的生物活性关键取决于它们穿过生物膜的能力。最近的模拟表明，管状膜结构中的球形纳米粒子的合作包裹和内化。在这篇文章中，我们系统地研究这种合作包装的能量增益，通过最小化的能量的旋转对称形状的膜管和膜段包裹单个粒子。我们发现，在膜管中的纳米粒子的合作包装相对于他们的个人包装作为单个粒子的能量增益强烈地依赖于粒子半径的比率和范围的颗粒-膜粘附电位。对于一个潜在的范围内的一个纳米的顺序，在管中的合作包装是非常有利的粒子与几十纳米的半径和中间的粘附能，但不为粒子是显着更大。
2014-01-08 cond-mat.soft q-bio.SC
Active Particles Destabilize Passive Membranes
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本文研究了活性颗粒与被动柔性膜的相互作用，通过解析活性颗粒施加的压力，发现其降低了膜张力和弯曲模量，并引入了新的非局部贡献。理论预测了由活动引起的不稳定性，并与近期的实验和模拟数据一致。
2026-05-21 cond-mat.soft
Pearling Instabilities of Membrane Tubes with Anchored Polymers
我们研究了主链上带有疏水侧基的亲水性聚合物在中空管状脂质囊泡上引起的珠光不稳定性。结果表明，聚合物浓度与局部膜曲率耦合。珍珠管的弛豫特征在于两个不同的分离的时间尺度，表明两种物理机制。我们提出了一个模型，它解释了所观察到的现象，并预测聚合物分离根据局部膜曲率在后期阶段。
2000-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Analysis of multilayer electro-active tubes under different constraints
介电弹性体是一类新兴的高度可变形的电活性材料，用于机电换能技术。对于实际应用，这种换能器的设计需要考虑活性膜的绝缘、电极的非完美顺应行为或换能器与软致动体的相互作用的模型。为此，一个三层模型，其中的主动膜嵌入在两个软被动层之间，可以制定。本文应用非均质软介质的非线性电弹性理论，研究了由活性膜构成的多层电活性管（单层管）和由活性膜构成的多层电活性管（多层管）的机电响应。数值结果显示的机械和几何性质的软涂层上的机电响应的活性膜的影响，提出了不同的约束条件。
2018-10-01 cond-mat.soft
Polymer confinement in undulated membrane boxes and tubes
我们考虑量子粒子或高斯聚合物限制在两个表面之间和圆柱与正弦波动。利用变分方法，我们证明了在长波长起伏下，量子机械波方程在这些几何结构中具有较低的基态能量，在这些几何结构中形成凸起，波在凸起中局域化.相应地，高斯聚合物链在波浪形的盒子或管道中获得的熵比在完全平坦或笔直的盒子或管道中获得的熵高。这些现象可以用量子粒子的不确定原理和高斯聚合物的“聚合物限制规则”来解释。如果膜盒或管是柔性的，则建议聚合物引起的波动不稳定性。我们发现，波动的波长在阈值的膜盒的不稳定性几乎是两个壁之间的距离的两倍。令人惊讶的是，我们发现，管的不稳定性开始与较短的波长相比，“瑞利”面积最小化的不稳定性。
2000-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Coiling Instability of Multilamellar Membrane Tubes with Anchored Polymers
我们研究实验的螺旋不稳定性的圆柱形多层堆叠的磷脂膜，引起的聚合物与疏水锚沿其亲水性骨干接枝。我们的系统是独一无二的，因为线圈在没有扭曲和粘合的情况下形成。我们解释我们的实验结果在一个模型中，局部膜曲率和聚合物浓度耦合。该模型预测发生最大紧线圈以上的阈值聚合物占用。一个适当的模型和实验之间的比较涉及从模拟的最大曲率和复杂的扭曲连续管的投影成像。
2000-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Active vs. Passive Hard Disks Against a Membrane : Mechanical Pressure and Instability
我们实验研究了由一组分别被动各向同性和自推进极性盘施加到两个不同的柔性一维膜的机械压力。在各向同性磁盘的情况下，从膜的形状推断的机械压力对于两个膜是相同的，并且遵循硬盘的平衡状态方程。相反，对于自推进盘，机械压力强烈地依赖于使用中的膜，并且因此不是状态变量。当自推进盘存在于膜的两侧时，我们观察到膜的不稳定性，类似于理论上预测的活性布朗粒子对软壁的不稳定性。在这种情况下，通过膜的积分机械压差不能从两侧的填充分数的唯一知识计算;状态方程的缺乏的进一步证据。
2017-05-26 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
Stability of branched tubular membrane structures
本文通过三角网络模型模拟分支管状膜结构，发现120°角的Y型结点和四面体结点可被机械力稳定，并揭示了固定表面积下增加Y型分支能量代价为负等反直觉现象，为细胞分支网络稳定性提供启示。
2024-01-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Passive defect driven morphogenesis in nematic membranes
研究向列相流体膜上几何与取向序反馈产生的平衡态，发现表面自发形变为锥形并呈现星形缺陷，引入边界约束后观察到三种形变模式，并证明+1/2拓扑缺陷对融合可降低表面总能量。
2024-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Understanding the mechanisms of supported lipid membrane reshaping into tubular networks using quantitative DIC microscopy
Cardiff University（卡迪夫大学）
本研究通过定量DIC显微镜揭示了支持脂质膜在不同温度下形成管状网络的生物物理机制，探讨了脂质相变对膜结构重塑的影响。
2025-12-29 cond-mat.soft physics.optics
Repulsion and attraction in the interactions of opposite membrane deformations
本文实验研究了巨型单层囊泡膜上相反方向形变之间的相互作用，发现完全包裹颗粒被膜管排斥，而部分粘附的Janus颗粒被吸引，为蛋白质协同组装及微塑料与细胞膜相互作用提供了定量见解。
2024-11-25 cond-mat.soft
Condensate-mediated shape transformations of cellular membranes by capillary forces
University of Cologne（科隆大学）；Humboldt University of Berlin（柏林洪堡大学）；University of Warwick（华威大学）；Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie（莱布尼兹分子药理学研究所）；Institute for Integrated Research, Institute of Science Tokyo（东京科学大学综合研究学院）；Graduate School and Faculty of Medicine, The University of Tokyo（东京大学医学部及研究生院）；Bilkent University（比尔肯特大学）
研究揭示凝聚物介导的毛细力如何驱动细胞膜形态变化，通过活体显微成像、体外重组系统和弹性膜模型，发现高表面张力促进稳定膜片形成，而管状和杯状结构在低表面张力下更常见，揭示了形态转变的滞后效应。
2026-03-16 cond-mat.soft
Characterisation and stability of localised bulging/necking in inflated membrane tubes
我们考虑局部膨胀/颈缩在一个膨胀的超弹性膜管与封闭端。我们首先表明，局部膨胀的起始压力是简单的极限压力时，轴向力保持固定的均匀膨胀。然后，我们演示了如何分析，随着通货膨胀的继续，最初的凸起不断增长的直径，直到它达到一个临界尺寸，然后在两个方向上传播。膨胀解在传播开始前是孤波型的，而膨胀解在传播过程中是扭折波型的。利用复合矩阵方法计算Evans函数，研究了孤立波型和扭结波型解在轴对称扰动下的稳定性.结果表明，当膨胀为压力控制时，Evans函数只有一个非负的实根，且只有在接近起始压力或扩展压力时，该实根才趋于零。因此，扭结波型解可能是稳定的，而孤波型解肯定是不稳定的。
2016-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Coiling Instabilities in Multilamellar Tubes
髓磷脂的数字是密集堆积的同轴圆柱形双层，是不稳定的线圈或双螺旋的形成。这些髓磷脂图形似乎没有内在手性。我们发现，这种圆柱形的膜堆可以开发一个不稳定时，他们获得一个自发的曲率或当膜之间的平衡距离减少。这种不稳定性破坏了叠层的手征对称性，并可能导致卷曲。另一方面，单层圆柱形囊泡将产生轴对称不稳定性，可能与珠光不稳定性有关。
2002-06-13 cond-mat.soft
Mechanochemical action of the dynamin protein
发动蛋白是一种普遍存在的GTdR，其使脂质双层微管化，并且涉及真核细胞中的许多膜切割过程。为了更好地理解这种生物学功能，我们开发了一种广义的流体力学描述的构象变化的大型dynamin-membrane管考虑到GTP消耗作为一种自由能源。在可观察的时间尺度上，耗散主要由有效的dynamin/膜摩擦和管的变形场具有简单的扩散行为，这可以通过实验来测试。一个更复杂的，半微观模型产生完整的预测管的动力学，并可能占矛盾的实验结果，其构象的变化，以及plectonemic超螺旋。
2008-06-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The thermal Casimir effect in lipid bilayer tubules
本文计算了半径为$R$、厚度为δ的介质管的热卡西米尔效应。该方法使用了场论的方法在巨正则系综。对Casimir自由能的主要贡献表现为-k_BTL kappa_C/R，产生趋向于使管收缩的吸引力。我们发现对于典型的脂膜t-小管的情况，kappa_C ~ 0.3。我们的结论是，除了在一个非常软的膜的情况下，这个力是不够的，以稳定这种管对弯曲应力，这往往会增加半径。
2004-10-25 cond-mat.soft
Direct measurement of single soft lipid nano-tubes: nano-scale information extracted in non-invasive manner
我们研究了磷脂的单个软纳米管的动力学，以提取纳米尺度的信息，如管的大小，这是几十到几百纳米厚。准二维空间中纳米管动力学的标度律与聚合物的标度律是一致的。通过荧光显微镜直接观察获得的管的动态特性，如它们的持续长度，使我们能够通过膜的简单弹性模型获得纳米尺度的特性。该方法适用于活细胞中的纳米级膜结构。
2012-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Enhanced granular medium-based tube press hardening
介绍了含颗粒介质管材和型材热成形过程中内压的主动和被动控制策略。对颗粒介质的力传递和塑性形变进行了实验研究。管，颗粒介质和模具之间的摩擦，以及外部应力场被证明是必不可少的过程的理解。管的起皱、变薄和不充分成形为主动压力工艺建立了工艺窗口。通过改进凸模几何形状和控制摩擦学条件，扩大了工艺极限。被动压力工艺的实例揭示了管材和型材热成形的新机会。
2016-08-02 cond-mat.soft
A novel method for measuring the bending rigidity of model lipid membranes by simulating tethers
沿着圆柱形脂质双层管的张力与膜的弯曲模量成正比，与管半径成反比。我们表明，这种关系，这是实验利用来测量弯曲刚度，可以更容易地应用于计算机模拟。使用粗粒度的双层模型，我们有效地获得弯曲刚度比较非常好的互补测量的基础上的热波动模式的分析。我们进一步说明，没有偏离简单的二次连续理论发生的曲率半径相当于双层厚度。
2006-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Data-driven equation for drug-membrane permeability across drugs and membranes
药物功效取决于其渗透穿过细胞膜的能力。我们认为被动药物膜渗透系数的预测。除了广泛认可的相关性与疏水性，我们还考虑被动渗透和酸度之间的功能关系。为了发现能够很好地解释数据的易于解释的方程，我们使用了最近提出的确定独立筛选和稀疏化算子（SISSO），这是一种将符号回归与压缩感知相结合的人工智能技术。我们的研究是基于从粗粒度模拟中提取的40万个小分子的大型计算机数据集。我们合理化的SISSO建议的方程通过分析的非均匀溶解扩散模型在几个渐近酸度制度。我们进一步扩展我们的分析依赖于脂质膜组合物。脂尾不饱和度起着关键作用，但令人惊讶的是，其贡献是逐步的，而不是成比例的。我们的研究结果是符合先前观察到的渗透率的变化，这表明液体无序（Ld）和液体有序（Lo）渗透之间的区别。总之，压缩传感与分析推导的渐近线建立并验证了一个准确的，广泛适用的，可解释的方程，在药物和脂尾化学被动渗透。
2021-06-29 cond-mat.soft physics.chem-ph
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
The limits of filopodium stability
丝状伪足是由细胞骨架丝支撑的长的指状膜管。它们的形状是由它们内部的肌动蛋白丝束的刚度以及膜的表面张力和弯曲刚度之间的相互作用决定的。虽然人们可能会期望欧拉屈曲不稳定性，以限制丝状伪足的长度，我们表明，通过简单的精力充沛的考虑，这是在一般情况下，不是这样的。通过进一步分析膜管内细丝的静力学，并通过计算机模拟捕获膜和细丝的波动，我们显示在何种条件下，任意长度的丝状伪足是稳定的。我们讨论了几个已经观察到这种稳定性的体外实验。此外，我们预测，在长，稳定的丝状伪足的细丝采取螺旋形状。
2008-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Interacting passive advective scalars in an active medium
最近的实验研究，在体内和体外，已经发现，结合到皮层肌动球蛋白网络的膜组件是由主动波动驱动，而不结合到皮层肌动蛋白的膜组件不是。在这里，我们研究的统计密度fluc-tuations和动力学的粒子平流在一个活跃的准二维介质中，包括自推进细丝没有净取向秩序，使用基于代理的布朗动力学模拟和分析计算相结合。粒子通过空间相互作用彼此相互作用，并与自推进的活性丝相互作用。我们发现，粒子显示出集群的趋势和它们的密度波动反映了他们的绑定和驱动的活动丝。标记粒子的后期动力学是扩散性的，具有在低温下独立于（或至多弱依赖于）温度的主动扩散系数。我们的结果与上述实验定性一致。此外，我们做出的预测可以在未来的实验中进行测试。
2017-12-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
A Twist On Active Membranes: Odd Mechanics, Spontaneous Flows and Shape Instabilities
本文研究活性流体膜的手性应力贡献，发现其引发切向流动和形状不稳定性，由活性 Scriven-Love 数控制，适用于亚细胞到组织水平的生物系统。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
The crumpling transition of active tethered membranes
通过数值模拟研究活性束缚膜的卷曲转变，发现活性涨落可通过温度重标度解释理想膜行为，而自回避膜即使在强活性下仍保持延展相。
2023-06-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The field theory of symmetrical layered electrolytic systems and the thermal Casimir effect
我们提出了一个一般性的扩展，在早期的论文中开发的场论方法来计算的自由能的对称分层电解质系统，这是基于正弦戈登场论的库仑气体。该方法是构造的配分函数的费曼演化内核在欧几里德时间变量与坐标法向的表面定义的层状结构。该理论适用于圆柱形系统，其发展的动机是静态范德华力或热卡西米尔力可以提供稳定由脂质双层形成的电介质管的吸引力的可能性，其中一个例子是在某些肌肉细胞中出现的t-小管。在这种情况下，我们应用该理论计算的热Casimir效应的介质管的半径$R$和厚度$δ$从这样的膜在水中形成。在一个巨正则方法中，我们发现，主要贡献的Casimir能量的行为像$-k_BTLκ_C/R$，这引起了一个吸引力，往往收缩管半径。我们发现$κ_C \sim 0.3$为典型的脂膜t-小管的情况。我们的结论是，除了在一个非常软的膜的情况下，这个力是不足以稳定这样的管对弯曲应力，往往会增加半径。我们简要地讨论了隐含在该方法中的脂质膜水库的作用，以及它在生物系统中的性质是否可能导致这种脂质管的稳定机制。
2005-03-11 cond-mat.soft
The influence of higher order geometric terms on the asymmetry and dynamics of membranes
本文研究膜弯曲能中高阶几何项的影响，发现高斯曲率平方项能稳定管状结构并加速形状演化，通过表面有限元数值模拟在轴对称和三维场景中验证。
2024-12-18 cond-mat.soft
Interplay between membrane elasticity and active cytoskeleton forces regulates the aggregation dynamics of the immunological synapse
T细胞和抗原呈递细胞之间的粘附通过TCR-pMHC和LFA 1-ICAM 1蛋白复合物实现。这些分离形成一种特殊的模式，称为免疫突触（IS），由TCR-pMHC键的中心准环状结构域组成，周围是LFA 1-ICAM 1复合物的外周结构域。从成像研究中获得的见解得出的结论是，IS中中央粘附结构域的形成是由主动（ATP驱动）机制驱动的。然而，最近的研究表明，被动（热力学）机制也可能在这一过程中发挥重要作用。在这里，我们提出了一个简单的物理模型，考虑到膜介导的TCR-pMHC键之间的热力学吸引力和有效的力量，他们的经验，由于ATP驱动的肌动蛋白逆行流动和动力蛋白马达蛋白的运输。蒙特卡罗模拟的模型表现出良好的时空协议与实验观察到的模式演变的TCR-pMHC微团簇。当其中一个聚合机制“静音”时，协议就失去了，这有助于确定过程中各自的角色。我们的结论是，肌动蛋白逆行流驱动的TCR-pMHC债券的向心运动，而膜介导的相互作用，促进微簇的形成和增长。在没有动力蛋白马达的情况下，系统演变成环形图案，这突出了动力蛋白马达在最终同心图案形成中的作用。被动机制和主动机制之间的相互作用调节积累过程的速率，在没有被动机制和主动机制的情况下，积累过程要么进行得太快，要么进行得太慢。
2017-08-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Field-mediated interactions of passive and conformation-active particles: multibody and retardation effects
软物质中的粒子通常通过它们所产生的变形场相互作用，如“cheerios”效应或膜蛋白的曲率介导的相互作用。使用一个简单的模型，被动粒子，或主动粒子的构象随机或同步开关之间的场介导的相互作用，我们得出关于多体相互作用，活动驱动的模式，和阻滞效应的通用结果。
2021-12-28 cond-mat.soft
Hydrodynamic Collective Effects of Active Protein Machines in Solution and Lipid Bilayers
生物细胞中的细胞质和生物膜含有大量周期性改变其形状的蛋白质。它们是分子机器，可以作为分子马达发挥作用，或者在细胞中执行许多其他任务。我们分析了由活性蛋白质诱导的流体动力学流动对溶液或膜中其他被动分子的影响。我们发现，被动粒子的扩散常数大大增强。此外，当存在活性蛋白梯度时，发生被动颗粒的趋化性样漂移。在脂质双层中，这种效应是强烈非局部的，因此膜中的活性内含物有助于扩散增强和漂移。结果表明，在非平衡条件下，含活性蛋白质机器的系统中被动粒子的输运性质不同于热平衡条件下的系统。
2015-03-09 cond-mat.soft
Dynamic swarms regulate the morphology and distribution of soft membrane domains
本文研究肌动蛋白集群流驱动下脂质膜畴的动态形变与分布，结合实验与Toner-Tu相场模型，揭示畴在混沌流中加速弛豫约23倍的机制。
2024-06-11 cond-mat.soft
Molecular dynamics simulations of active entangled polymers reptating through a passive mesh
在这项工作中，我们探讨了积极的纠缠链的动力学使用分子动力学模拟的一个修改后的Kremer-Grest模型。为了避免约束释放效应，活性链被稀释在一个很长的被动线性链的网格中，并以沿着原始路径赋予恒定极性漂移速度的方式向单体施加一个主动力.模拟结果表明，在很宽的活性值范围内，链和管的构象性质不受影响，但是链条的动力学被严重改变。尽管没有一个明确的管，模拟验证了所有的预测理论对所有可能的观测非常准确，包括扩散系数，成为独立的分子量在中等值的活动。总的来说，这项工作提供了新的信息，积极纠缠聚合物的研究，给出了路线图研究这种现象和一种有效的方法来获得一个极性活动，再现了物理学的积极爬行理论。
2022-10-30 cond-mat.soft
Fluid transport by active elastic membranes
随着时间的推移而变形的柔性膜可以在粘性流体中自推进。或者，如果膜被锚定，其变形将导致流体输送。过去在这方面的工作集中在膜的变形运动学的规定的情况下。在这里，我们考虑的模型中，膜的变形是没有规定的，而是膜内部被迫。随时间变化的膜形状和由此产生的流体运动都是由规定的内部主动应力、内部被动阻力和外部粘性应力之间的平衡引起的。我们介绍了两个具体的模型，这样的主动内部强迫：一个是主动弯矩的分布是规定的，和一个主动夹杂物施加法向应力的膜通过泵送流体通过it.In每一种情况下，我们渐近计算膜的形状和流体输运速度为小强迫振幅，并恢复我们的结果使用缩放分析。
2013-02-10 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
Universal properties of active membranes
提出了嵌入活化剂膜的一般场论，并利用重整化群技术分析了其临界性质。根据膜激活剂耦合，我们发现声学和扩散标度制度之间的交叉，平均场动力学临界指数z = 1和2分别。我们认为，声学缩放，这是确切的在所有空间维度，是一个合适的候选人的运动细胞的前沿观察到的时空模式的普遍描述。此外，一个循环校正的扩散平均场指数揭示普遍的行为不同的被动接口和迹象的Kardar-Parisi-Zhang缩放的强耦合行为。
2021-11-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-propulsion against a moving membrane: enhanced accumulation and drag force
自推进（SP）是活性粒子（AP）的主要特征，如细菌或生物微马达，将它们与被动胶体区分开来。SP的一个著名的后果是在静态界面处积累，即使在没有流体动力学相互作用的情况下。在这里，我们解决的作用SP之间的相互作用AP和移动的半透膜。特别是，我们实现了一个模型的非相互作用的AP在一个通道中穿过的部分可穿透的墙壁，以恒定的速度$c$移动。关于具有$c>0$的被动胶体和具有$c=0$的AP的情况，具有有限$c$的AP显示出在障碍物前方的积聚的增强并且经历大大增加的拖曳力。这种效应是根据定位在颗粒和膜之间的界面处的有效电势来理解的，其高度与$cτ/ξ$成比例，其中$τ$是AP的重新取向时间，$ξ$是表征表面光滑度的宽度（$ξ\to 0$用于硬核障碍物）。一个近似的分析方案是能够重现所观察到的密度分布和测量的阻力，在非常好的协议与数值模拟。这里讨论的效果可以用于自动选择和过滤AP与所需的参数。
2017-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active particles in a tube: a generalized entropy potential approach
Center for Soft Condensed Matter Physics and Interdisciplinary Research & School of Physical Science and Technology, Soochow University（苏州大学物理科学与技术学院、软凝聚态物质与交叉研究卓越中心）；School of Physics and Astronomy and Institute of Natural Sciences, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院、自然科学研究院）
研究了长管中自推进非相互作用活性布朗粒子和跑动- tumble粒子的输运，提出了一种广义熵势方法，用于描述粒子密度分布和逃逸时间，以及不对称通道中自发棘轮流的产生。
2024-06-10 cond-mat.soft
Active processes make mixed lipid membranes either flat or crumpled
活细胞膜是否表现出可折叠性相变（MPTs），如果是这样，它们在相变附近如何波动仍然是物理学和生物学中悬而未决的问题。受这些问题的启发，我们构建了脂膜的通用流体动力学理论（脂膜是活跃的，例如，由于周围细胞骨架中的分子马达，或膜本身中的活性蛋白质组分）。我们利用这一点来揭示膜波动和MPTs之间的直接对应关系。几个可测试的预测：（i）通用{ \em主动硬化}与取向长程序（平膜）或{ \em软化}与膜的褶皱，由{ \em主动张力}控制和（ii）对于混合脂质膜，捕获的性质推定MPTS通过测量膜构象波动。混合活性膜中可能存在一级和二级MPTs。接近二级MPT时，主动硬化（软化）表现为{ \em超硬（超软）膜}。我们的预测在各种{ \em体外}系统中是可检验的，例如，沉积在脂质体和脂质膜上的活细胞骨架提取物，其中含有包埋在被动流体中的活性蛋白质。
2017-11-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Vortex Dynamics in Tubular Fluid Membranes
本研究构建了薄管状膜中与三维外部流体耦合的二维涡旋流，发现圆柱拓扑导致额外鞍点、多涡旋动力学呈哈密顿量形式，验证了双涡旋振荡轨道及涡旋对螺旋移动的猜想，为生物微流体及膜管实验提供理论支撑。
2025-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
On the Statistical Mechanics of Active Membranes: Some Selected Results
University of Houston（休斯顿大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文通过非平衡统计力学框架，推导了活性膜的四个基本机械特性，揭示了波动谱在理解被动和主动膜力学中的作用。
2026-02-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multiscale Growth Kinetics of Model Biomolecular Condensates Under Passive and Active Conditions
Centre de Biologie Structurale, Université de Montpellier（蒙彼利埃大学生物结构中心）
本研究采用可磷酸化肽段与均聚RNA的模型系统，结合多尺度实验与模拟，揭示被动条件下生物分子凝聚体的成核聚结生长机制，以及主动酶调控下凝聚体的分形结构成熟过程与更高肽扩散性的特征。
2025-10-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Diffusion of a particle quadratically coupled to a thermally fluctuating field
研究了布朗粒子与热涨落场的二次耦合扩散问题。在弱耦合极限下，路径积分公式允许计算有效扩散系数的情况下，一个活跃的粒子，往往会抑制场的波动，和一个被动的粒子，只经历场的波动。我们表明，该行为是类似于以前发现的线性耦合：一个活跃的粒子总是放慢，而一个被动的粒子在一个缓慢的领域减慢，并在一个快速的领域加速。数值模拟结果与分析计算结果吻合较好。耦合到膜的曲率或组合物的膜蛋白的例子进行了讨论，重点放在异常扩散的空间。
2013-04-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
