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
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
Stability of a dispersion of elongated particles embedded in a viscous membrane
本研究构建平均场模型分析粘性膜内细长颗粒准二维悬浮液的稳定性，揭示膜与周围流体粘性应力的竞争对浓度不稳定性的调控机制及波数选择效应。
2024-02-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
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
Chiral molecules on curved colloidal membranes
胶体膜是由棒状分子自组装而成的单层膜，它为设计具有特定形状和曲率的膜提供了模板，并可能在未来提供新的功能。通常，由于其分子手性，组成杆相对于膜法线倾斜。弯曲膜上这种倾斜的空间模式是由耗尽力、双极性相互作用、分子手性和边界效应之间的竞争引起的。我们提出了一个协变理论的倾斜模式上最小的表面，像螺旋面和悬链面，这已经在实验室中产生的最近。我们预测了几个不均匀的倾斜模式，其中一些是一致的实验观察和一些，这是尚未被发现。
2020-07-30 cond-mat.soft
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
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
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
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
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
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
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
Interface geometry of binary mixtures on curved substrates
最近的实验工作的动机多组分脂质膜支持胶体支架，我们报告了一个详尽的理论研究的平衡配置的二元混合物弯曲基板。从Jülicher-Lipowsky推广的Canham-Helfrich自由能的多组分膜，我们推导出一些精确的关系控制的界面分离的两个脂质相的任意形状的基板上的结构和它的稳定性。然后，我们限制我们的分析，四类表面的应用和概念的兴趣：球，轴对称表面，极小曲面和可展曲面。对于每一类，我们调查的结构的几何形状和拓扑结构的接口是如何受到影响的基板的形状，我们作出各种可测试的预测。我们的工作揭示了膜的形状和它的化学组成之间的微妙的相互作用机制，并提供了一个坚实的框架解释支持的脂质双层的实验结果。
2018-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Theoretical model of efficient phagocytosis driven by curved membrane proteins and active cytoskeleton forces
吞噬作用是细胞吞噬和内化相对较大颗粒的过程，在我们的免疫系统功能中起着核心作用。我们研究的吞噬过程中，考虑一个简化的粗粒模型的三维囊泡，具有统一的粘附与刚性颗粒的相互作用，在弯曲的膜蛋白和活性的细胞骨架力的存在下。当囊泡的弯曲能量消耗被粘附能量的增益平衡时，实现完全吞噬。弯曲（凸形）蛋白质的存在通过在吞噬膜的高度弯曲的前缘处以更高的密度自组织来降低弯曲能量成本，所述吞噬膜形成包裹颗粒的吞噬杯的圆形边缘。这允许在小得多的粘附强度下发生吞没。当弯曲的蛋白质施加向外的膨胀力时，代表肌动蛋白聚合，在前缘，我们发现，吞噬更快地实现，在较低的蛋白质密度。我们认为球形以及非球形颗粒，并发现，非球形颗粒更难以吞没相比，相同表面积的球形颗粒。对于非球形颗粒，吞噬时间关键取决于颗粒相对于囊泡的初始取向。我们的模型提供了一个机制，在吞噬杯的肌动蛋白细胞骨架的自发自组织，在最近的高分辨率的实验观察，在很好的协议。
2022-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
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
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
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
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
Pattern formation by curvature-inducing proteins on spherical membranes
空间组织是所有活细胞的标志，在模型系统中重新创建它是创建合成细胞的必要步骤。因此，更好地理解细胞空间组织的基本机制具有根本性和实际意义。在这项工作中，我们使用一个连续模型的膜和蛋白质动力学研究的曲率诱导蛋白质的球形膜，如活细胞或脂质囊泡的行为。我们发现，曲率能量，熵力和膜上的几何约束之间的相互作用，可以导致在膜上的高度弯曲/蛋白质丰富和弱弯曲/蛋白质贫乏域的模式的形成。这种模式的自发形成可以通过曲率诱导蛋白的平均密度的增加来触发，或者通过由膜张力或通过将膜束缚到刚性细胞壁或皮层而施加的膜上的几何约束的松弛来触发。这些参数也可以被调整以选择在斑图形成时出现的富含蛋白质的结构域的大小和数量。这里提出的非常普遍的机制可能与许多生物过程中的蛋白质自组织有关，从（原）细胞分裂到膜筏的形成。
2017-12-18 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
Formation of polyhedral vesicles and polygonal membrane tubes induced by banana-shaped proteins
利用无网格膜模拟方法研究了弯曲蛋白质棒诱导的流体膜形状变化。在低密度下的棒状体组装诱导出扁平的膜管和扁球形囊泡。结果发现，多面体的形状是稳定在高杆密度。通过一个简单的几何模型，得到了三角形和屈曲盘形管之间的离散形状转换，并分析了它们的曲率能。对于囊泡，三角形hosohedron和椭圆盘形状形成的平衡，而四面体和三棱柱形状获得的亚稳态。
2015-09-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Curved Polymers form Vortex Patterns on Membranes
FtsZ聚合物最近的体外实验显示了自组织成不同的动态模式，包括让人想起细菌Z环的结构。我们模型FtsZ聚合物作为活性粒子沿手性，圆形路径移动的布朗动力学模拟和玻尔兹曼方法。我们的两个概念上不同的方法指向一个通用的相位行为。在中间粒子密度，我们发现自组织成涡旋结构，包括闭环。此外，我们表明，在发病的斑图形成的动力学描述了一个广义的复杂的Ginzburg-Landau方程。
2016-02-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
A minimal physical model for curvotaxis driven by curved protein complexes at the cell's leading edge
本文提出含弯曲膜蛋白复合物的极简细胞模型，揭示膜-基底黏附与蛋白复合物结合能最小化如何驱动曲率趋向性，并经多种细胞实验验证。
2023-04-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
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
Membrane mediated aggregation of curvature inducing nematogens and membrane tubulation
细胞膜的形状在很大程度上受膜相关的曲率活性蛋白的调节。我们使用一个数值模型的膜与细长的膜夹杂物，最近开发的我们，这可能是不同的沿和垂直于其长轴的自发方向曲率。我们表明，由于膜介导的相互作用，这些曲率诱导膜的致炎剂可以自发地寡聚化，即使在低浓度下，并改变膜的局部形状。我们证明，对于一个大的集团这样的夹杂物，其中两个自发曲率具有相等的符号，管状构象，有时片构象的膜是共同的平衡形状。我们阐明了这些{ \it蛋白晶格}形成所必需的因素。此外，管的弹性性能，如它们的压缩刚度和持久长度的计算。最后，我们讨论了可能的作用，在封盖和分支的管状膜的双向错。
2013-02-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Modelling how curved active proteins and shear flow pattern cellular shape and motility
本研究利用“最小细胞”模型探讨外部剪切流对细胞形态与迁移的影响，发现运动细胞会重新定向使前缘面向剪切流以最小化黏附能量，揭示了细胞逆流运动的通用机制。
2023-04-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane-mediated interactions between arc-shaped particles strongly depend on membrane curvature
本文通过粗粒化模拟系统研究弧形粒子在不同曲率管状和球形膜上的膜介导相互作用，发现相互作用自由能随膜曲率增大而显著减弱，并在膜曲率接近粒子曲率时达到最小。
2024-07-04 cond-mat.soft q-bio.SC
Finite indentation of highly curved elastic shells
实验测量薄的生物表面的弹性性质是不平凡的，特别是当它们是弯曲的。可以使用的一种技术是通过刚性压头对材料薄片进行压痕，同时测量所施加的力和位移。这提供了关于材料断裂强度的即时信息（来自穿刺所需的力），但理论上也可以通过将所得的力-位移曲线与数学模型进行比较来确定弹性特性。现有的数学研究通常假设弹性表面最初是平坦的，这通常不是生物膜的情况。我们先前概述了弯曲的各向同性的，不可压缩的，超弹性膜（没有弯曲刚度）的压痕的理论，该理论在高度弯曲的表面上破裂，因为整个膜变得起皱。在这里，我们介绍了弯曲刚度的影响，确保需要能量来改变壳体形状而不拉伸，并发现壳体平衡方程中通常被忽略的项必须包括在内。这里提出的理论允许通过压痕实验的高度弯曲的表面的形状和尺寸无关的弹性性能的估计，并且是特别相关的生物表面。
2017-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shape deformation of lipid membranes by banana-shaped protein rods: Comparison with isotropic inclusions and membrane rupture
利用隐式溶剂无网格膜模拟研究了弯曲蛋白质棒在流体膜上的组装。随着杆曲率增加，膜管上的杆首先沿着方位角方向组装，随后沿着纵向方向组装。在这里，我们表明，这两个过渡曲率随杆刚度的增加而减小。为了比较，曲率诱导各向同性夹杂物也进行了模拟。当各向同性夹杂物具有与其他膜区域相同的抗弯刚度时，即使夹杂物的自发曲率较大，夹杂物也均匀地分布在膜管和囊泡上。然而，各向同性夹杂物具有更大的弯曲刚度诱导形状变形，并集中在一个优选的曲率区域。对于高杆密度、高杆刚度和/或膜边缘的低线张力，杆组件诱导囊泡破裂，导致高属囊泡的形成。曲率的逐渐变化抑制了这种破裂。因此，与边缘张力相比，由杆组件引起的大应力是决定断裂的关键因素。对于杆曲率与相反的标志的囊泡曲率，膜破裂诱导反转的膜，导致分裂成多个囊泡，以及形成高属囊泡。
2016-04-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Curvature variation controls particle aggregation on fluid vesicles
细胞膜呈现出各种各样的形状，与它们的功能密切相关。许多生物过程涉及膜的动态重塑，通常由蛋白质介导。这种相互作用是双向的：蛋白质影响膜的形状，而膜的形状影响蛋白质之间的相互作用。为了研究这些膜介导的相互作用封闭和各向异性弯曲的膜，我们使用胶体粘附到椭圆形膜囊泡作为模型系统。我们发现，在一个封闭系统中，两个粒子总是相互吸引，并倾向于最大曲率的方向对齐。多个颗粒形成弧形，或者，在足够大的数量，一个完整的环周围的囊泡在其赤道平面。由此产生的囊泡形状类似于雪人。我们的研究结果表明，这些具有各向异性形状的膜上的物理相互作用可以被细胞利用，以驱动大分子到细胞或细胞内膜的优选区域，并用于启动动态过程，如细胞分裂。同样的原理可以用来找到人工囊泡的中平面，作为将其分成两个相等部分的第一步。
2017-03-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane structure formation induced by two types of banana-shaped proteins
香蕉形棒状蛋白质在膜上的组装，以及相关的膜形状转换，研究了分析理论和粗粒度模拟。膜介导的两个香蕉形夹杂物之间的相互作用理论上推导出使用固定的各向异性曲率的基础上，无论是零表面张力和有限的表面张力的点状形式主义。在更大的尺度上，这样的棒状夹杂物组件之间的相互作用的分析确定。无网格膜模拟中存在大量的夹杂物的两种类型，对应于弯曲杆的曲率相反，无论是平膜和囊泡。相同类型的杆聚集成垂直于杆轴的线性组件，导致膜管。然而，另一类型的杆，即具有相反曲率的杆，被吸引到这些组件的横向侧，并且稳定直的隆起结构，防止隆起。当两种类型的杆具有几乎相反的曲率时，凸块彼此吸引，形成条纹结构。正的表面张力被发现稳定条纹的形成。模拟结果与理论预测吻合得很好，提供了模型的点状曲率按比例缩小，以考虑模拟杆的有效柔性。
2017-05-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane morphologies induced by arc-shaped scaffolds are determined by arc angle and coverage
生物膜如小管和膜堆的复杂形状是由蛋白质诱导的。在这篇文章中，我们系统地研究了弧形支架，如蛋白质和蛋白质复合物诱导的膜形状与粗粒度建模和模拟。我们发现，弧形支架诱导膜小管在膜覆盖率大于约40%的阈值，无论其弧角。相比之下，在低于此turmos阈值的中间覆盖率下的膜形态强烈依赖于弧角。与N-BAR结构域类似的具有约60度的弧角的支架在低于tuberculosis阈值的覆盖率下不改变膜形状，而具有大于约120度的弧角的支架在中间覆盖率下诱导双膜堆叠。支架稳定了连接膜堆叠的弯曲的膜边缘，如对reticulon蛋白质复合物所建议的。我们的研究结果提供了一般的见解膜成形的弧形支架的决定因素。
2019-02-22 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Role of particle local curvature in cellular wrapping
通过脂质膜的细胞摄取在吸收营养和对抗感染方面起着重要作用，并且可用于药物递送和纳米医学开发。内吞作用是细胞摄取的已知途径之一，其与包裹在外来颗粒周围的膜的弹性形变相关。膜本身的变形能力受到位于膜下的皮质细胞骨架的强烈调节。已经表明，颗粒的大小、形状和取向影响它们进入细胞。在这里，我们研究的作用，颗粒的局部曲率在细胞摄取的弹性膜周围的椭圆形截面的长圆柱形物体的调查包装。膜本身粘附在模仿细胞骨架的基质上。无论最初的接触发生在颗粒的高度弯曲的尖端（扁长形）还是沿着其长边（扁圆形），膜包裹的进展都不同。我们得到一个包装相图作为膜细胞骨架和膜靶粘附能的函数，其中包括三个不同的制度的吞噬（未包装，部分包装，完全包装），分离的两个相变。我们还提供了不同制度之间的边界，这证实了过渡强烈依赖于粒子的取向和纵横比的解析表达式。
2022-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Curvature-driven migration of colloids on lipid bilayers
胶体和蛋白质都可以与脂质双层结合，并在这些二维流体中横向移动。受蛋白质的启发，产生膜曲率，感觉到底层膜的几何形状，并迁移到高曲率的网站，我们探讨的问题：胶体，粘附到脂质双层，也可以感觉和响应膜的几何形状？我们报告的曲率迁移的Janus微粒粘附到巨大的单层囊泡拉长，目前定义良好的曲率场。然而，与蛋白质不同，蛋白质的迁移是为了使膜弯曲能最小化，胶体的迁移机制完全不同。通过确定沿轨迹耗散的能量，介导这些相互作用的能量场被推断为在局部偏曲率中是线性的，如先前报道的在不混溶流体之间的弯曲界面处捕获的胶体。然而，在后一种系统中，能量梯度要大得多，因此粒子的运动是确定性的，而囊泡上的胶体在弱曲率梯度区域的运动具有显著的波动。通过解决的作用，布朗运动，我们表明，所观察到的曲率迁移的双层胶体确实是一个曲率毛细迁移的情况下，膜张力发挥界面张力的作用。此外，由于这种运动是由膜张力和形状介导的，所以它可以通过简单地改变这些参数来调节，或者甚至打开和关闭。虽然在许多贡献中已经考虑了脂质膜上的颗粒-颗粒相互作用，但我们在这里报告了一种令人兴奋的和以前未探索的方式，以积极引导胶体迁移到脂质双层上的所需位置。
2016-02-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Point-defect haloing in curved nematic films
本文研究了具有高斯凸点几何形状的双折射液晶膜的点向错能与表面曲率调制之间的相关性。由于这种相关性，向错会感受到一种吸引力，这种吸引力将它们限制在一个环形区域内，从而导致凸起顶部周围的晕圈分布。晕圈的形成是凸块的非零高斯曲率的直接结果，该凸块的非零高斯曲率影响向错核周围的液晶分子的优选构型。
2010-01-06 cond-mat.soft
Curvature-induced migration of small domains on lipid membranes
Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文系）
该研究通过小结构域能量模型，揭示膜曲率偏好由两个无量纲参数决定，并发现结构域大小通过线张力影响其在复杂膜上的定位，提出小结构域聚集后随生长迁移的机制。
2026-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Depletion forces near curved surfaces
基于密度泛函理论，计算了曲率对单个大硬球在半径为Rc的硬球空腔内或外的小硬球流体中的耗尽势的影响。分析了该势随η_s和R_c的变化规律。有一个非常缓慢的收敛到平壁极限R_c \to \infty。我们的研究结果使我们能够讨论在正常和横向方向上作用在膜附近的耗尽力的强度，并与最近的实验结果进行联系。
1999-01-07 cond-mat.soft
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
Curvature-driven molecular flows on membrane surfaces
生物体内双层膜的形态变化不是自发的，而是受到多种蛋白质的调控。大多数这些调节与相关蛋白在双层膜中拥挤的脂质环境中的定位有关。本文提出了一种适用于多种扩散分子在膜表面定位的数学模型。我们从弯曲膜表面上分子分布的能量描述开始，通过组装双层膜的弯曲能和扩散分子的熵能。引入了膜中分子的自发曲率，定义了双层膜的自发曲率是膜表面分子浓度的函数。这种联系产生了漂移扩散方程来控制表面分子浓度的梯度流动。我们重铸的充满活力的制定和相关的控制方程在欧拉框架，通过使用相场函数，定义的膜形态。计算模拟与建议的数学模型和相关的数值技术预测的分子定位在膜表面上的位置与首选的平均曲率。
2016-06-28 cond-mat.soft q-bio.QM
Coat stiffening can explain invagination of clathrin-coated membranes
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Heidelberg University（海德堡大学）
本研究针对网格蛋白介导内吞的物理机制不明的问题，结合多组高分辨率成像数据与协同曲率模型确定内陷共识路径，提出包被硬化是内陷核心机制，并预测两个决定内陷路径的长度尺度。
2024-09-19 cond-mat.soft q-bio.SC
Deformation and orientational order of chiral membranes with free edges
出于对由手性棒状病毒组成的胶体膜的实验，我们使用Monte Carlo方法来确定相图的杆和膜的形状的液晶顺序。我们推广的Lebwohl-Lasher模型的手征耦合到一个弯曲的表面与边缘张力和抗弯曲，并包括能量成本倾斜的杆相对于当地的膜法线。膜由通过键连接的硬珠的三角形网格表示，其中每个珠由指向矢装饰。在每个蒙特卡罗步骤中，微珠可以移动，键可以重新连接，指向矢可以旋转。当倾斜的成本很小时，膜倾向于平坦，杆仅在边缘附近扭曲以实现低手性耦合，并且在膜的内部保持平行于法线。在高手征耦合下，棒在各处扭转，形成双态。当倾斜的成本是大的，出现的手性耦合的高值下的π态是伴随着弯曲的膜成鞍形。增加边缘张力倾向于使膜变平。这些结果说明了几何挫折所产生的无法正常的表面有扭曲。
2021-04-28 cond-mat.soft
Curved Odd Elasticity
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）
该研究通过在弯曲流形上结合协变有效理论和数值模拟，揭示了曲率对非 reciprocal 弹性的影响，为活体物质和活性超材料提供了理论基础。
2026-08-04 cond-mat.soft
Vesicle shape, molecular tilt, and the suppression of necks
分子倾斜顺序的存在是否会显著影响脂质双层膜的形状，特别是窄颈膜的形状？出于对倾斜顺序的倾向和常见的发生在生物过程的中间阶段，如内吞作用和囊泡贩运的窄颈，我们研究如何倾斜顺序抑制形成的平衡形状的囊泡的颈部。对于具有球形拓扑结构的囊泡，需要总强度为$+2$的分子顺序中的点缺陷。我们研究轴对称的形状，并假设有一个单位强度缺陷在每个极点的囊泡。该模型被进一步简化的假设倾斜各向同性：相对于当地的膜正常的分子的旋转的能量的不变性。这种各向同性条件导致倾斜阶和曲率的最小耦合，从而使具有高斯曲率和倾斜阶的区域具有高能量成本。在固定面积和固定封闭体积的约束下，最小化弹性自由能确定了允许的形状。使用数值计算，我们发现几个分支的解决方案，并确定它们与以前已知的流体膜的分支。我们发现，倾斜顺序改变分支的相对能量，抑制薄颈，使他们昂贵，导致细长的扁长囊泡作为一个通用的家庭倾斜有序膜形状。
2007-07-26 cond-mat.soft
Inwardly curved polymer brushes : Concave is not like Convex
非线性弯曲的聚合物刷存在于圆柱形和球形胶束中，或者存在于由锚定聚合物修饰的膜、管和囊泡中，并且影响它们的稳定性。我们认为这样的聚合物刷在良好的溶剂，并表明以前的作品，基于自相似的同心结构的刷，是物理上不一致的。我们使用标度律非常简单地推导出高曲率极限中的自由能的主导项，其中渗透压是相关的物理成分。我们还得到了完整的构象在所有曲率使用自洽场的方法。自由能计算使用本地缩放描述。
2001-06-25 cond-mat.soft
Actin driven morphogenesis in hydra
本研究通过粘弹性膜模型与非平衡模拟，探究水螅触手生长中肌动蛋白向列排列及拓扑缺陷的作用，提出主动聚合与膜流动性是管状触手生长的关键机制。
2025-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Direct observation of the effective bending moduli of a fluid membrane: Free-energy cost due to the reference-plane deformations
本文用转移矩阵法研究了流体膜的有效弯曲模量。这种方法允许我们调查各种统计措施的分区和。统计措施的作用引起了人们的广泛关注，因为Pinnow和Helfrich声称，在适当的统计措施，即局部平均曲率，流体膜硬化，而不是软化，由热波动。在本文中，我们提出了一种有效的方法来观察的有效弯曲模量直接：我们受到一个弯曲的参考平面的流体膜，并从自由能成本由于参考平面变形，我们读出的有效弯曲模量。接受平均曲率的措施，我们发现，即使在非常灵活的膜（小裸刚度）的情况下，有效的弯曲刚度收益，它一直是相当有争议的，对于这样的非微扰制度，分析预测不适用。我们还加入了高斯曲率模量，并计算了它的有效刚度。因此，我们发现，有效的高斯曲率模量几乎保持尺度不变。所有这些特征都与法向位移测量下的结果进行了对比。
2003-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of disclinations in determining the morphology of deformable fluid interfaces
我们研究的平衡形状的囊泡，与平面内的有序，使用蒙特卡洛计划，并表明，高度弯曲的形状，如管和光盘，具有惊人的相似性，由某些曲率敏感外周膜蛋白产生的结构，可以自发产生的各向异性方向曲率与向异性向错发挥重要作用。我们发现，双阶和局部曲率之间的耦合可能会导致类似的缺陷向对方移动，不一样的缺陷远离，从而导致管的形成。热致缺陷对的产生导致分支管状结构。它还表明，螺旋排列的膜管，与周围的螺旋场，是一个占主导地位的软模式的系统。
2012-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Liquid Crystalline Polymer Vesicles: Thermotropic Phases in Lyotropic Structures
本文综述了近年来液晶聚合物囊泡（聚合物囊泡）的研究进展。液晶聚合物囊泡具有液晶和聚合物这两种基本软物质的性质。一方面，LC聚合物囊泡提供了取向顺序和二维膜的弯曲几何形状之间相互作用的新实例。球形，椭圆形和四面体囊泡进行了讨论。另一方面，LC聚合物囊泡使得能够使用LC嵌段的从均相到各向同性相的分子内构象转变来设计刺激响应性聚合物囊泡。突出显示了光响应聚合物囊泡爆发。
2015-03-04 cond-mat.soft
Mass Generation from Embedding Geometry in Surface Nematics
Universidad Autónoma Metropolitana（自治 metropolitan 大学）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Institute for Biomedical Research Hospital Doce de Octubre (imas12)（十二月十二日医院生物医学研究所）
研究通过嵌入几何在表面向列相中生成质量，利用辅助嵌入空间闭合条件，得到由曲率不变量决定的质量标量场，将无质量的向列相互作用转化为几何控制的质量场。
2026-05-18 cond-mat.soft
Geometrically controlled snapping transitions in shells with curved creases
对于薄材料，曲率和力学是密切相关的，几何形状和物理特性之间的这种耦合很容易在从肠绒毛和花粉粒到褶皱膜和可编程超材料的折叠结构中看到。虽然折叠平坦表面背后的众所周知的规则和机制已用于创建可展开结构和形状可变形材料，但弯曲壳体的折叠仍然没有从根本上理解。弯曲的壳通过同时弯曲和拉伸而自然变形，虽然这种耦合为工程应用提供了很大的稳定性，但它使折叠任意曲率的表面成为一项不平凡的任务。在这里，我们讨论折叠的几何折痕壳，并从理论上证明的条件下，它可以折叠连续。当这些条件被违反，我们表明，使用实验和模拟，壳进行快速抢购运动折叠从一个稳定的配置到另一个。虽然材料的不对称性是产生这种稳定性分叉的一种已被证明的机制，但对于有折痕的壳体而言，固有的几何形状本身就成为折叠的障碍。我们在这里讨论两个基本的几何概念，折痕和曲率，结合起来，允许从一个稳定状态到另一个快速过渡。独立于材料系统和长度尺度，我们在这里介绍的设计规则解释了如何在任意表面中生成捕捉过渡，从而促进了具有快速驱动能力的可编程多稳定材料的创建。
2014-10-26 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
