Chiral edge fluctuations of colloidal membranes
我们研究了由单层排列的丝状病毒组成的平坦胶体膜的边缘波动。实验表明，在足够强的病毒手性的面内边缘波动的频谱中出现的峰值。占内部液晶自由度的长度，曲率和测地扭转的边缘，我们计算的边缘波动的频谱。该理论定量描述了实验数据，表明手性耦合面内和面外边缘波动产生的峰值。
2016-12-10 cond-mat.soft
Entropic forces stabilize diverse emergent structures in colloidal membranes
由非吸附性聚合物介导的耗尽相互作用促进排斥性胶体颗粒凝聚和组装成各种高阶结构和材料。具有特别丰富的涌现行为的一个例子是从丝状$\it{fd}$病毒和葡聚糖的悬浮液形成二维胶体膜，丝状$\it{fd}$病毒充当具有有效排斥相互作用的杆，葡聚糖充当凝聚的消耗诱导剂。胶体膜即使在组成病毒混合物缺乏宏观手性时也表现出手性扭曲，在改变组成棒的手性时从圆形形状改变为引人注目的海星形状，并且经由病毒通过$180^\circ$扭曲的域壁部分地聚结。我们制定了一个熵动机的理论，可以定量地解释这些实验结构和测量，无论是以前发表的和新执行的，在广泛的实验条件。我们的研究结果阐明了熵是如何单独驱动这些不同结构的形成和行为的，熵通过病毒表现为弗兰克弹性能，通过消耗剂表现为有效的表面张力。我们的推广原则提出了类似的影响，在分子膜的存在，并可以利用可重构胶体结构的设计。
2015-07-02 cond-mat.soft
Instabilities in Colloidal Crystals on Fluid Membranes
本文研究流体膜上胶体晶体自组装中的不稳定性，通过Helfrich能量建模并利用Bloch波分析，揭示了长波数和短波数两种失稳模式，为超材料设计提供理论依据。
2025-06-20 cond-mat.soft
Hierarchical organization of chiral rafts in colloidal membranes
液-液相分离普遍存在于纳米颗粒、蛋白质和胶体的悬浮液中。除了少数显著的例外，在散装悬浮液中的表面张力最小化的液滴连续聚结，尺寸无限制地增加，直到实现宏观尺度的相分离。相比之下，胶体、纳米颗粒或蛋白质局限于界面、表面或膜的相行为要复杂得多。夹杂物扭曲了局部界面结构，导致与各向同性溶剂介导的充分研究的相互作用根本不同的相互作用。在这里，我们研究液-液相分离单层膜组成的不同手性胶体棒。我们证明了胶体筏是一个普遍存在的二元胶体膜的功能。我们测量筏自由能景观可视化其组装动力学。随后，我们量化排斥筏筏相互作用，并将它们直接成像筏引起的膜扭曲，表明粒子手性在这种微相分离中起着关键作用。在高密度下，筏组装成簇晶体，不断与背景水库交换单体棒，以保持自限的大小。最后，我们证明了筏可以形成键组装成更高阶的超结构。我们的工作表明，膜介导的液-液相分离可以从根本上不同于大量液体的良好表征的行为。它概述了一个强大的膜为基础的途径组装单分散液团簇，这是补充现有的方法发生在散装悬浮液。最后，它揭示了手性夹杂物在膜获得长程排斥相互作用，这可能会发挥作用，在稳定组装的有限大小。
2014-09-09 cond-mat.soft
Filtration method characterizing the reversibility of colloidal fouling layers at a membrane surface: analysis through critical flux and osmotic pressure
建立了一种基于压力方波的错流过滤污垢可逆性测定方法。文中详细介绍了这种方法的原理、所需的仪器和有关的数学关系。该方法允许区分物质在膜表面上的可逆累积和膜表面的不可逆结垢。区分这两种形式的附着到膜表面提供了一种可以确定临界通量的方法。为了验证该方法，用胶乳悬浮液在不同程度的去稳定化（通过向悬浮液中加入盐获得）和不同的错流速度下进行实验。通过胶体分散体的渗透压，讨论和分析了临界通量对这些条件的依赖性。
2008-01-17 cond-mat.soft
All twist and no bend makes raft edges splay: Spontaneous curvature of domain edges in colloidal membranes
采用理论和实验相结合的方法，我们研究了由不同长度的刚性杆组成的胶体膜中两个不混溶域之间的界面。刚性杆包装的几何考虑意味着，足够短的杆在长杆的背景膜的域是更容易扭曲比相反的结构，在短杆膜背景的长杆域。在域间边缘的倾斜力张开，这反过来又表现为一个自发的边缘曲率，其能量由组成杆的长度不对称性控制。这样的倾斜曲率耦合在域间边缘的热力学模型解释了一些实验观察，包括非单调依赖的域半径的边缘扭曲，和环形域的长杆。我们的工作展示了二维流体中取向和组成自由度之间的耦合如何产生域的复杂形状和热力学，类似于3D流体囊泡中的形状转变。
2019-08-27 cond-mat.soft
Controlled interfacial assembly of 2D curved colloidal crystals and jammed shells
胶体粒子在流体界面上的组装是一种很有前途的技术，用于合成二维微晶材料，可用于生物医学1，材料科学2，矿物浮选3和食品加工4等领域。目前的方法依赖于本体乳化方法，需要进一步的化学和热处理，并且对于所采用的材料是限制性的5 -9。由于对组装过程缺乏了解，开发利用界面组装的巨大潜力来生产定制材料的方法受到阻碍。在这里，我们报告了一个微流体的方法，可以直接可视化和理解的动态胶体晶体生长的弯曲界面。晶体周期性地喷射出来，形成稳定的堵塞壳，我们称之为胶体盔甲。我们建议，界面晶体生长和组织的能量障碍，可以克服有针对性地通过流体动力学流动的胶体颗粒的交付。我们的方法允许对装甲成分、尺寸和稳定性进行前所未有的控制。
2006-01-11 cond-mat.soft
Conformational switching of chiral colloidal rafts regulates raft-raft attractions and repulsions
膜介导的颗粒相互作用取决于颗粒本身的性质和它们悬浮的膜环境。实验表明，手性棒状夹杂物溶解在相反的手性胶体膜组装成胶体筏，这是有限大小的可重构液滴组成的一个大的，但精确定义的棒的数量。在这里，我们系统地调整手性的背景膜，并发现在非手性限制胶体筏获得从根本上新的结构特性和相互作用。特别是，筏可以在两个手性相反的状态之间切换，这极大地改变了膜介导的筏筏相互作用的性质。具有相同手性的筏具有长距离排斥，而具有相反手性的筏获得具有明确定义的最小吸引力。吸引力和排斥力的相互作用解释了一个连续模型，占膜的厚度和局部倾斜的组成杆之间的耦合。这些可切换的相互作用使组装成复杂的高阶结构的胶体筏与不寻常的对称性，包括稳定的四聚体集群和“离子微晶”的反扭曲域上组织的二进制正方形晶格。此外，单个筏的性质，如它们的大小，是由它们与其他筏的复合控制的。这些复杂的行为的出现可以合理化纯粹的通用耦合的棒状元素的流体的成分和取向顺序。因此，未揭示的原则可能与传统的脂质双层有关，其中高阶结构的组装也由复杂的膜介导的相互作用介导。
2019-02-09 cond-mat.soft
Hydrodynamic-colloidal interactions of an oil droplet and a membrane surface
了解液滴和膜之间的流体动力学应力和胶体相互作用的影响将为更好地设计膜表面和工艺条件提供信息。使用长波流体动力学描述，结合润湿性和静电排斥，我们数值研究液滴形状和膜特性对膜表面的整体排斥吸引力的影响。一个稳定的相图分类稳定-不稳定的液滴形状和调查是否有可逆的沉积液滴到膜上。
2020-03-23 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Fractionalization of Interstitials in Curved Colloidal Crystals
了解晶体中点缺陷的失平衡行为，有助于深入了解有序状态的本质和脆弱性，并具有重要的实际意义。在一些罕见的情况下，缺陷会自发愈合-例如，由一排相同的带电粒子形成的一维晶体可以通过重新调整所有粒子位置来平衡间距来容纳间隙（额外粒子）。与此形成鲜明对比的是，在平面中组织成完美六方晶体的颗粒不能通过简单地重新调整颗粒间距来容纳间隙-间隙仍然被困在晶格位置之间并通过跳跃扩散，使晶体永久缺陷。在这里，我们报告的行为胶体晶体在曲面。使用独立操作的三维成像的光镊，我们插入一个胶体间隙在一个类似的颗粒在平面和弯曲（积极和消极）的油-甘油界面的晶格和图像随后的动态。我们发现，不像在平坦的空间，弯曲的晶体自我愈合，通过集体重排，重新分配与间隙相关的密度增加。自修复过程可以解释为拓扑缺陷彼此之间以及与底层曲率之间的不平衡相互作用。我们的观察表明，曲面晶体上存在“粒子分馏”。
2013-10-11 cond-mat.soft
What are the microscopic events of colloidal membrane fouling?
由于表面吸附和流体动力学相互作用之间的复杂相互作用，胶体膜污染的代表性微观机制仍然没有得到很好的理解。数值模拟克服了实验的局限性，如胶体膜污染过程中微观事件的时间和空间分辨率：它们有助于更深入地了解污染过程。本研究采用耦合计算流体动力学-离散元方法（CFD-DEM）模拟研究胶体污染的机制，在微流体结构模仿多孔微滤膜。我们特别注意颗粒如何克服能量障碍，导致彼此之间以及与外部和内部膜表面的吸附和解吸。粒子间的相互作用导致从二次到一次最小的DLVO电位的过渡。被吸附的颗粒可以显示出再夹带或者它们可以向下游滑动。由于颗粒主要以簇的形式重新悬浮，因此内部孔隙的几何形状显著地影响污垢行为。研究结果允许胶体过滤过程中的微观污染事件的基本了解。该方法使未来的系统研究的相互作用的流体动力学条件和表面能的贡献所代表的潜在的软和片状胶体。
2018-03-21 cond-mat.soft physics.comp-ph
The irreversible thermodynamics of curved lipid membranes II: Permeability and osmosis
该论文提出一种结合不可逆热力学与修正积分定理的理论，模拟弯曲变形脂质膜，发现偏应力是渗透性的新型驱动力，并给出完整方程与边界条件。
2025-09-25 cond-mat.soft
Chiral twist drives raft formation and organization in membranes composed of rod-like particles
脂筏被假设为促进蛋白质相互作用、张力调节和在生物膜中的运输，但负责其形成和维持的机制尚不清楚。对许多其他凝聚态现象的见解来自胶体系统，其微米级粒子模拟原子和分子的基本性质，但允许单粒子分辨率的动态可视化。最近的实验表明，丝状病毒的双分散混合物可以自组装成胶体单分子膜，具有手性稳定的筏，表现出手性结构和排斥作用。我们定量地解释了这些意见，通过建模的手性液晶的膜颗粒。手性扭曲促进了有限大小的筏的形成，并介导了将它们均匀分布在整个膜上的排斥。虽然这个系统是由丝状病毒的聚集是由葡聚糖depletants，而不是磷脂和胆固醇与突出的静电相互作用熵驱动，胶体和生物膜共享许多相同的物理对称性。手性扭曲可以有助于这两个系统的行为，并可能占分子膜中观察到的某些立体定向效应。
2016-10-31 cond-mat.soft
Statistical mechanics of a colloidal suspension in contact with a fluctuating membrane
表面效应在受限的胶体体系中普遍存在。在这里，我们报告分散的纳米粒子接近流体膜。关于静态组织的精确结果来自非粘性胶体的稀溶液。结果表明，膜的热波动扩大了密度分布，但平均胶体既不积累也不耗尽表面附近。计算了径向关联函数，由此得到了胶体间的有效对势。这种熵驱动的相互作用与我们熟悉的耗尽相互作用有许多相似之处。它被证明是总是有吸引力的范围控制的膜相关长度。势阱的深度与热能相当，但仅间接取决于膜的刚性。悬浮液的稳定性的后果进行了讨论。
2004-08-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Membrane protein clustering from tension and multibody interactions
本研究借助膜蛋白点曲率模型，揭示膜张力与多体相互作用共同调控相反曲率蛋白的集体吸引与相分离聚类，同时张力会增强同曲率蛋白的多体排斥并导致簇解体，相关现象具生物学意义且可实验验证。
2024-07-11 cond-mat.soft
Shape Elasticity in Colloidal Bent-Core Liquid Crystals
研究胶体弯曲核心液态晶体中形状弹性对各向同性、向列扭弯和层状展开弯有序状态的影响。
2026-01-07 cond-mat.soft
The Dynamics of a Highly Curved Membrane Revealed by All-atom Molecular Dynamics Simulation of a Full-scale Vesicle
尽管全原子分子动力学模拟在揭示脂质双层的性质方面取得了巨大的成功，但膜的曲率和动力学之间的相互作用仍然难以捉摸。这在很大程度上是由于模拟高度弯曲的膜所涉及的计算挑战，如在小囊泡中发现的膜。在目前的工作中，由于Anton2的计算能力，我们提出了第一个全原子分子动力学模拟的全尺度，现实组成的（异质和不对称）有意义的时间尺度的囊泡（超过10微秒），揭示了各种脂质分子独特的生物物理特性（扩散系数、每个脂质的表面积、序参量）和高度弯曲环境中的填充缺陷。最有趣的是，相同脂质组成的双层在平坦时没有表现出相共存，在高度弯曲时显示出非常强的相共存指标。脂质分子中发现的曲率引起的不同阶段仔细验证其独特的组合物，面积每脂质，停车缺陷，以及扩散系数。全原子分子动力学模拟的结果与以前的实验和理论模型是一致的，提高了对小的，高度弯曲的细胞器的纳米级动力学和膜组织的理解。
2022-07-25 cond-mat.soft
Mechanical instability generates monodisperse colloidosomes
本文利用棒状胶体粒子构建放大胶体膜模型，通过力学不稳定性实时观测盘状膜自发闭合为囊泡的过程，并用第一性原理理论定量预测转变点，最终生成尺寸可控的单分散选择性渗透胶体囊。
2025-11-10 cond-mat.soft
Three-Body Interactions of Lipid Membrane-Deforming Colloidal Spheres
本研究通过胶体模型系统测量三个膜变形球体的相互作用，首次实验证实膜变形诱导相互作用的非加性，并发现线性与三角形两种有利构型，表明多物体排列可能遵循简单规则。
2023-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Controlling the shape and topology of two-component colloidal membranes
自组装膜的几何形状和拓扑结构的变化是细胞生物学和工程学中各种过程的基础。与脂质双层类似，单层胶体膜具有面内流体样动力学和面外弯曲弹性。它们的开放边缘和微米长度尺度提供了一个易于处理的系统，以研究膜组装和重构的平衡能量学和动态途径。在这里，我们发现，掺杂胶体膜与短混溶棒转换盘形膜成鞍形表面与复杂的边缘结构。鞍形膜很好地近似Enneper的极小曲面。理论模拟表明，它们的形成是由增加正高斯模量，这反过来又控制的短棒的分数驱动。鞍形表面的进一步聚结导致各种拓扑上不同的结构，包括悬链、三点、四点和更高阶的结构。在长时间尺度上，我们观察到一个系统跨越，海绵状阶段的形成。胶体膜的独特特征揭示了实时伴随聚结途径的拓扑变换。我们通过使它们的形状对外部刺激做出反应来增强这些膜的功能。我们的研究结果展示了一种控制薄弹性片形状和拓扑结构的新途径--一种由成分不均匀性引起的涌现弹性驱动的途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Stresses in curved nematic membranes
指向矢场在弯曲薄膜上的有序结构引起应力。在这项工作中，我们提出了一个理论框架来计算的应力张量和扭矩的后果，有序的，我们使用的变分原理和不变性的能量下的欧几里德运动。膜的欧拉-拉格朗日方程以及相应的边界条件也表现为自然结果。发现的应力张量包括缺陷之间的吸引-排斥力;同样，缺陷被吸引到高斯曲率中具有相同符号的补丁。这些力通过表面的Laplace-Beltrami算子的格林函数来调节。此外，我们发现非各向同性的力量，涉及衍生物的格林函数和高斯曲率，即使在正常方向的膜。我们研究轴向膜的情况下，分析球形的。对于球形囊泡，我们发现修改后的杨-拉普拉斯定律作为一个后果的纹理。在球冠的北极有缺陷的情况下，我们发现力是排斥的北极，这表明它是一个不稳定的平衡点。
2018-05-13 cond-mat.soft
Axisymmetric Indentation of Curved Elastic Membranes by a Convex Rigid Indenter
出于种子萌发的应用程序，我们考虑的横向偏转，结果从轴对称压痕的弹性膜由一个刚体。弹性膜固定在其边界周围，无论是否进行初始预拉伸，并且可以在压痕之前初始弯曲。一般压头的形状被认为是，并获得了一系列的球形尖端的载荷压痕曲线的平坦和弯曲的膜。当膜最初弯曲时可能发生起皱，并且在这种情况下使用松弛的应变能函数来计算变形的轮廓。应用实验设计来测量种子胚乳的机械性能进行了讨论。
2016-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Lipid Segregation on Cylindrically and Spherically Curved Membranes
我们调查如何外部施加的曲率影响脂质分离的两相共存膜。我们表明，弯曲模量对比度的两个阶段和曲率共同作用，产生一个减少的有效线张力。在大部分弯曲的膜上，由于一种类似于II型超导体中形成磁涡旋的机制，形成了多个畴（或筏）的状态。我们确定了这种多畴态发生的判据，然后分别计算了圆柱形和球形弯曲膜上形成的畴的大小。
2013-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Controlling cargo trafficking in multicomponent membranes
生物膜通常含有大量以小浓度分散在主膜相中的不同组分，包括具有不同几何性质的蛋白质、糖和脂质。大多数这些组件不绑定货物。在这里，我们表明，这样的“惰性”组件可以是至关重要的跨膜贩运的精确控制。使用统计力学模型和分子动力学模拟，我们证明了存在的惰性膜组件的小各向同性曲率显着影响货物内吞，即使这样的膜的总自发曲率保持不变。弯曲的脂质，如胆固醇，以及不对称包含的蛋白质和拴系糖，因此都可以积极参与控制纳米级货物的膜运输。我们发现，即使是弯曲的惰性膜组分的低水平表达也可以确定膜对货物大小的选择性，并且可以用于选择性地靶向某些组合物的膜。我们的研究结果表明，一个强大的和一般的方式来控制货物运输，通过调整膜组成，而不需要改变受体的浓度，也不需要平均膜曲率。这项研究表明，细胞可以准备任何贩运事件，将弯曲的惰性成分在任何膜小叶。
2018-02-25 cond-mat.soft
A theory of ordering of elongated and curved proteins on membranes driven by density and curvature
细胞膜与无数的曲率活性蛋白相互作用，这些蛋白控制膜形态并负责机械感觉和机械转导。这些蛋白质中的一些，例如那些含有BAR结构域的蛋白质，是弯曲和伸长的，因此可能会采用不同的取向顺序状态，从各向同性到最大化熵，再到由于拥挤或适应底层膜的曲率而导致的扭曲。在这里，延长工作[纳西曼托等。等人，Phys.Rev.E，2017，96，022704]，我们开发了平均场密度泛函理论来预测取向顺序并评估弯曲膜上细长和弯曲物体的集合的自由能。该理论依赖于粒子的微观性质，并解释了密度依赖的各向同性到非均匀性转变如何被各向异性曲率修改。我们还研究了各向同性和双相共存。这一理论奠定了理解BAR蛋白和分子顺序的膜重塑之间的相互作用，在[Le Roux et.等，提交，2020年]。
2020-09-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Measuring Gaussian rigidity using curved substrates
流体膜的高斯（鞍形张开）刚性控制着它们的平衡拓扑结构，但众所周知很难测量。在脂质混合物中，典型的活细胞，线性界面在亚临界温度下将液体有序（LO）与液体无序（LD）双层相分离。在这里，我们考虑这样的膜支持弯曲的支持，从而控制膜的曲率。我们展示了如何光谱分析的波动的LO-LD接口提供了一种新的方法来测量高斯刚度的两个阶段之间的差异。我们提供了一些条件，这样的界面波动是实验测量和足够敏感的高斯刚度的值，同时保持在我们的分析微扰制度。
2020-10-28 cond-mat.soft
Hybrid Elastic/Discrete-Particle Approach to Biomembrane Dynamics with Application to the Mobility of Curved Integral Membrane Proteins
我们引入了一种模拟策略，始终耦合连续生物膜动力学的离散生物大分子的运动内或膜上居住。该方法被用来研究的积分膜蛋白，赋予它们周围的双层上的曲率的扩散。这样的蛋白质表现出扩散系数相对于“平坦”蛋白质的大幅降低;这种效果是由基本的流体动力学考虑来解释的。
2009-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The irreversible thermodynamics of curved lipid membranes
本文介绍了任意曲面脂膜的不可逆热力学理论。弹性弯曲和不可逆过程，如膜内脂质流动，膜内相变，蛋白质结合和扩散之间的耦合进行了研究。得到了不可逆过程的熵产生形式，并确定了相应的热力学力和通量。采用线性不可逆热力学框架，运动的控制方程以及适当的边界条件。
2018-03-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Effective interactions in colloid - semipermeable membrane systems
我们研究有效的胶体颗粒之间的相互作用，沉浸在一个较小的球体的二元混合物，和一个半透膜。胶体被建模为一个大的硬球和膜表示为一个无限薄的表面，是完全渗透到一个较小的球体和不可渗透的其他。在密度泛函理论的框架内，我们评估的耗尽势，我们考虑两种不同的近似理论-简单的Asakura-Oosawa近似和准确的白熊版本的基本测量理论。的有效电位进行比较与相应的电位为硬，不可渗透的墙壁。使用摩擦-机械求和规则，我们认为胶体和半透膜之间的耗尽电位的接触值在量值上小于胶体和硬壁之间的电位。显式计算证实，胶体半渗透膜的有效相互作用一般弱于这些附近的硬非渗透性壁。这种效应在较小的渗透压下更为明显。半透性囊泡内的胶体颗粒的耗尽电位比位于囊泡外部的胶体颗粒的耗尽电位更强。我们发现，半渗透膜的耗尽电位的渐近衰减是类似的非渗透壁，并反映了相应的二进制混合物的较小的球体的总关联函数的渐近性。我们的研究结果表明，膜改变其形状的能力构成了一个重要因素，在确定的半透膜和胶体大颗粒之间的有效相互作用。
2005-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Interface-mediated interactions: Entropic forces of curved membranes
嵌入波动界面的颗粒会受到由变形和介质热波动引起的力和力矩。考虑一个系统的两个圆柱体绑定到一个流体膜，我们表明，熵的贡献增强了曲率介导的两个圆柱体之间的排斥。这是相反的，通常有吸引力的卡西米尔力的曲率介导的相互作用的情况下。对于大的圆柱之间的距离，我们检索的重整化的表面张力的平膜由于热涨落。
2011-05-28 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
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
Complex motion of steerable vesicular robots filled with active colloidal rods
本研究通过将活性棒状粒子限制在带扭折尖端的非均匀曲率刚性囊泡内，利用粒子堆积特性调控囊泡运动模式，设计出可切换可逆运动的活性囊泡超结构，为粒子输运和活性物质导航提供新机制。
2023-08-24 cond-mat.soft
Probing a self-assembled fd virus membrane with a microtubule
高度各向异性的胶体粒子的自组装导致了丰富多样的形态，其性质才刚刚开始被理解。这篇文章使用计算机模拟来探测一种通常研究的胶体组装体的粒子尺度扰动，胶体组装体是一种由棒状fd病毒在聚合物清除剂存在下组成的单层膜。受目前正在进行的实验的启发，我们模拟微管和单层膜之间的相互作用的微管“戳”，并穿透膜面on.Both的病毒和微管被建模为相同直径的硬spherocylinders，而depletant建模使用鬼球。我们发现，由膜施加在微管上的力是零，无论是当微管是完全的膜外，或当它已经完全穿透膜。微管最初在开始渗透时被膜排斥，但在进一步渗透时受到吸引力。我们评估的平移和旋转的波动的病毒和聚合物的渗透压expletant所发挥的作用。我们发现，旋转波动起着更重要的作用比平移的。排斥势垒的宽度和高度以及吸引势阱的深度对耗尽剂的渗透压的依赖性与假定的耗尽诱导的微管和病毒之间的吸引相互作用是一致的。我们讨论了这些研究的相关性的实验研究。\end{abstract}
2015-12-07 cond-mat.soft
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
Donnan equilibrium and the osmotic pressure of charged colloidal lattices
我们考虑一个系统组成的单分散的电荷稳定的胶体悬浮液中存在的单价盐，从纯电解质分离的半透膜，它允许交叉的溶剂，抗衡离子，和盐颗粒，但防止通过的聚离子。胶体悬浮液，这是在一个结晶相，被认为是使用一个球形Wigner-Seitz细胞。当达到道南平衡后，膜两侧将存在压力差。利用泛函密度理论，得到了渗透压与外加盐浓度、胶体体积分数、胶体粒子大小和电荷的关系式。的结果进行了比较与实验测量有序的聚苯乙烯晶格的两种不同的颗粒尺寸在一个范围内的离子强度和胶体体积分数。
1998-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Coupling of Particle Inclusions Embedded in Curved Lipid Bilayer Membranes
我们开发的理论和计算方法来研究嵌入弯曲的脂质双层膜内的颗粒夹杂物。我们考虑的情况下，球形脂质囊泡，其中夹杂物颗粒耦合通过（i）膜内流体力学，（ii）牵引应力与外部和被困的溶剂流体，和（iii）单层间滑动的双层的两个小叶之间。我们调查相对于平坦的膜如何膜曲率和拓扑结构增加流体动力学响应。我们展示了蛋白质内含物的平移和旋转流动性如何受到膜曲率，膜内粘度与溶剂粘度之比以及单层间滑动的影响。对于多粒子动力学的一般调查，我们还讨论了如何我们的方法可以用来治疗球形双层内的集体扩散和流体动力学耦合。
2016-01-25 cond-mat.soft math.DG q-bio.SC
The effect of curvature on the diffusion of colloidal bananas
本研究探究不同张角的胶体香蕉形粒子的二维扩散，发现其各向异性扩散随张角非单调变化、快扩散轴可切换，近闭环转动扩散比同长直棒高约一个数量级，结果符合细长体理论，揭示曲率对胶体粒子布朗运动的影响。
2022-11-14 cond-mat.soft
Shape selection of surface-bound helical filaments: biopolymers on curved membranes
出于理解生物细丝与各种类型的膜相互作用的行为，我们研究了与弯曲膜结合的本质螺旋细丝的形状和热力学的理论模型。我们发现，柔顺表面的相互作用导致了主机的非均匀形状的平衡，其中长丝逐渐从其原生扭曲与增加表面的相互作用和表面曲率，最终采用均匀接触的弯曲形状。后一种效应是由于各向异性弯曲表面上的长丝的弹性扭曲和弯曲之间的非线性耦合，例如这里考虑的圆柱形表面。通过结合数值解和渐近分析的形状平衡，我们表明，长丝构象是非常敏感的表面曲率在强和弱约束的限制。这些结果表明，膜结合的手性细丝的局部结构是一般敏感的曲率半径的表面，它是绑定的，即使当该半径是远远大于细丝的固有间距。几个原核和真核细丝的弹性参数和相互作用能的典型值表明，生物聚合物固有地对扭曲、相互作用和几何形状之间的耦合非常敏感，并且这可以用于调节各种过程，例如有针对性地施加力、信号和响应于几何线索（包括局部平均和高斯曲率）的自组装。
2016-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Covariant description of the colloidal dynamics on curved manifolds
本文提出弯曲空间中胶体动力学的协变描述框架，以揭示曲率对旋节分解动力学、胶体分散体系热力学性质及膜蛋白扩散等复杂现象的影响。
2023-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Packaging of Thick Membranes using a Multi-Spiral Folding Approach: Flat and Curved Surfaces
阐明螺旋折叠的多功能配置，并调查的部署性能是相关的利益，以扩大可展开膜的适用性，向大规模和功能配置。在本文中，我们提出了新的计划，包装平面和弯曲的膜有限厚度，通过使用多个螺旋，其控制方程呈现折叠线并列螺旋和容纳膜的厚度。我们的实验使用了一组拓扑结构不同的平坦和弯曲的膜，通过在径向和周向方向上施加的张力进行部署，结果表明：（1）具有棱柱折叠线的多螺旋方法提供了改进的部署性能，以及（2）曲面的部署在有限载荷域内快速进行。此外，我们证实了高效率的膜折叠的多螺旋图案。从构型和展开性能的角度来看，多螺旋方法具有扩展螺旋折叠机构通用性和机动性的潜力。
2020-12-08 cond-mat.soft cs.NA cs.SY
Capture on High Curvature Region: Aggregation of Colloidal Particle Bound to Giant Phospholipid Vesicles
最近的一个观察，膜介导的吸引力和有序聚集的胶体颗粒结合到巨大的磷脂囊泡（I。科尔托弗雷德勒角R. Safinya，Phys. Rev. Lett. {\bf 82}，1991（1999））在Helfrich曲率弹性理论框架下对脂双层流体膜进行了理论研究。由于囊泡的凹部或腰部区域具有最高的局部弯曲能量密度，胶体珠在这些地方的聚集可以最大限度地降低弹性能。我们的计算表明，在凹区珠降低其能量$\sim 20 k_B T$。对于轴对称哑铃囊泡，沿腰部的局部曲率能量密度相等地最大，因此珠粒可以以变化的间隔距离自由分布。
1999-06-30 cond-mat.soft q-bio
Critical adsorption on curved objects
本文提出了一种系统的场论方法，描述了在临界状态附近流体中球形或棒状胶体颗粒在弯曲物体上的临界吸附。明确计算了相应的序参量分布和过量吸附的温度依赖性。细长杆上的临界吸附比球形颗粒上的临界吸附显著得多。事实证明，在有限的几何临界现象的背景下，临界吸附在一个微观薄的“针”代表了一个独特的普遍性类自己。在有利条件下，结果与胶体颗粒的絮凝有关。
1998-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Force Dipoles in Curved Biological Membranes
本研究构建模型探索弯曲生物膜中力偶极子的流体动力学，发现曲率诱导负指数缺陷，偶极子对沿测地线运动，并在强限制下聚集，但极高曲率破坏聚集。
2025-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
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
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
Pure FENE Bond Potential for Soft Matter and Biological Simulations: Theory, HOOMD-blue Implementation, and Applications to Polymer, Colloidal, and Membrane Systems
SASTRA University（萨斯特拉大学）
该研究在HOOMD-blue中实现了独立的纯FENE键势，将键可伸长性与非键合相互作用解耦，可与多种对相互作用组合，在聚合物、胶体、膜模拟中实现对键力学与结构组织的独立控制。
2026-09-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Elastic deformation of a fluid membrane upon colloid binding
当胶体颗粒粘附到流体膜上时，它在膜中引起抵抗其自身结合的弹性形变。这种平衡的结构和能量方面的理论研究的框架内的Helfrich哈密顿。基于膜轮廓的完全非线性形状方程，发现了一条连续的结合转变线和第二条不连续的结合转变线，它们在一个不寻常的三相点相遇。低张力的制度进行了研究分析，使用一个小的梯度膨胀，而在限制大张力缩放参数，从而量化的渐近行为的相边界，程度的包装，和能量障碍。成熟的动物病毒出芽讨论作为一个生物学的例子，这样的胶体膜相互作用事件。
2003-03-31 cond-mat.soft
Vortex Flows and Streamline Topology in Curved Biological Membranes
当考虑生物膜中的流动时，它们通常被视为平坦的，尽管它们通常是弯曲的表面，甚至非常弯曲，如内质网的情况。在这里，我们研究的拓扑效应的曲率流动的膜。针对多点涡缺陷的系统，我们可以用几何哈密顿量来描述缺陷的粘性动力学。与平面情况相反，流动产生正折射率的附加缺陷。对于两个涡的简单情况，我们分析预测这些驻点的位置。在低曲率极限下，动力学类似于理想流体中的旋涡，但在高曲率下发生相当大的偏差。几何公式使我们能够构建的时空演变的流线拓扑结构的流体动力学之间的相互作用的旋涡。流线揭示了新的动力学分叉导致自发缺陷对创建和融合。此外，我们发现，膜曲率介导的缺陷结合，并赋予全球旋转的多涡系统，与个别涡仍然相互作用的本地。
2021-05-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Pore cross-talk in colloidal filtration
在包括过滤和油提取在内的许多过程中发现颗粒堵塞孔隙。我们目前的过滤实验，通过一个线性阵列的10个通道的一个维度是亚微米，通过其中的布朗聚苯乙烯球的稀分散体的作用下流动的固定的压降。由颗粒在孔入口处形成的堵塞物的生长速率随着已经饱和（完全堵塞）的孔的数量而系统地增加，表明孔之间存在相互作用或“串扰”。这一观察结果解释的基础上的现象学模型，指出，扩散的颗粒沿膜发生重新分布，从堵塞的自由孔。这个一维模型可以扩展到二维膜。
2018-02-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Theoretical model of membrane protrusions driven by curved active proteins
真核细胞通过改变其膜的组成和重组其底层的细胞骨架来内在地改变其形状。在这里，我们提出了进一步的研究和扩展的最小物理模型，描述了一个封闭的囊泡与移动弯曲的膜蛋白复合物。细胞骨架力描述了由于肌动蛋白聚合而产生的膨胀力，肌动蛋白聚合被弯曲的蛋白质复合物募集到膜上。我们描述了这个模型的相图，作为主动力的大小，最近邻蛋白质相互作用和蛋白质的自发曲率的函数。它以前表明，该模型可以解释板状伪足样扁平突起的形成，在这里，我们探索的制度，该模型也可以引起丝状伪足样管状突起。我们扩展了模拟与弯曲组件的凸和凹的物种，在那里我们发现复杂的皱褶集群的形成，以及类似于内吞和巨胞饮的过程的内化内陷。我们改变代表细胞骨架的力模型来模拟成束而不是分支结构的影响，从而产生类似于丝状伪足的形状。
2023-01-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Membrane simulation models from nm to $μ$m scale
综述了近年来脂膜模拟模型的研究进展。为了降低计算成本，已经提出了各种粗粒度的分子模型。其中，隐式溶剂（无溶剂）分子模型是相对更粗粒度和有效的模拟大双层膜。在$μ$ m尺度上，分子细节通常可以忽略不计，膜可以描述为连续的曲面。提出了流体和弹性膜的网格或无网格离散理论模型。作为应用的例子，在流动，囊泡形成和膜融合的囊泡的动力学。
2008-11-29 cond-mat.soft
