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
Dynamics of Vesicle Formation from Lipid Droplet: Mechanism and Controllability
Marrink等人[J. Phys. Chem. B 111，7812（2007）]开发的粗粒模型用于研究脂质[二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）]液滴在水中的囊泡化。随着脂滴尺寸的增大，胶束呈现三种形态。当初始脂滴较小时，液滴的平衡结构为球形胶束。当初始脂滴较大时，脂质球开始转变为盘状胶束或囊泡。从分子水平上分析了DPPC自组装形成囊泡的机理，并证明了随着液滴尺寸的增大，囊泡的形态从圆盘状向囊泡状转变。重要的是，我们发现转变点不是很尖锐，并且对于固定大小的脂质球，盘和囊泡以一定的概率出现。分裂现象，即，从脂滴的盘/囊泡结构的形成，解释了通过应用混合模型的Helfrich膜理论。成功地预测了DPPC双层的弹性模量和形成囊泡所需的最小脂滴尺寸。
2009-03-07 cond-mat.soft
Structure formation in binary mixtures of lipids and detergents: Self-assembly and vesicle division
采用粗粒化分子模拟方法研究了二元表面活性剂混合物中的自组装动力学和洗涤剂溶液诱导的脂囊泡结构变化。圆形胶束（bicelles）通过围绕双层脂质盘边缘的去污剂来稳定。自组装的bicelles比囊泡破裂形成的bicelles小得多，其大小由脂质和去污剂的浓度以及两种物质之间的相互作用决定。洗涤剂吸附诱导囊泡双层自发弯曲，并导致囊泡分裂成两个囊泡或囊泡破裂成蠕虫状胶束。这种分裂主要通过修改后的茎模型的逆途径进行。对于洗涤剂单层的大的自发曲率，孔通常打开，从而导致囊泡分裂或蠕虫状胶束形成。
2012-11-08 cond-mat.soft
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
Design and applications of a fluorescent labeling technique for lipid and surfactant preformed vesicles
两亲分子如表面活性剂、脂质和嵌段共聚物可以组装成双层并形成囊泡。荧光膜标记方法需要使用可以在合成的不同阶段插入双层中的染料分子。据我们所知，没有一种通用的方法来标记预制的囊泡。在这里，我们开发了一个通用的协议，是适合于表面活性剂和脂质预制囊泡，不需要分离或纯化步骤。基于亲脂性碳菁绿染料PKH 67，该方法在两性离子磷脂酰胆碱囊泡上进行评估。为了证明其多功能性，将其应用于阴离子或阳离子囊泡的分散体，例如给予患有呼吸窘迫综合征的早产儿的药物，或用作家庭护理应用的织物柔软剂的囊泡制剂。通过荧光显微镜，我们然后可视化的相互作用机制的纳米粒子穿越活细胞膜和表面活性剂吸附在棉织物上。这些结果突出了膜标记技术的优点，该技术简单且适用于大量的软物质系统。
2019-06-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Deformations of the geometry of lipid vesicles
考虑一个封闭的脂膜（囊泡），作为一个二维表面，由一个几何哈密顿，取决于其外在曲率。其第一变分的消失决定了系统的平衡构型。在本文中，我们研究的第二个变化的哈密顿量的任何给定的平衡，使用一个显式的表面协变几何方法。我们确定的运营商，它决定了平衡配置的稳定性。
2002-12-05 cond-mat.soft
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
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 Diagrams of Multicomponent Lipid Vesicles: Effects of Spherical Topology and Finite Size
我们研究了多组分脂质双层囊泡的相行为，这些囊泡可以表现出有趣的形态模式和横向相分离。我们使用修改后的朗道-金兹伯格模型能够描述空间均匀的相，微乳液，和调制相的球形表面上。我们使用分析和数值技术以及蒙特卡罗模拟计算了多种囊泡尺寸的相图。与以往的研究一致的平面系统，我们发现，热波动移动相边界，稳定相的更高的无序。我们还表明，相图是敏感的小泡半径的系统的大小。这种有限尺寸的影响可能是相关的小，单层囊泡的实验，并应考虑在其理论和模拟结果的比较。
2018-06-20 cond-mat.soft
Theory of tunable pH sensitive vesicles of anionic and cationic lipids or anionic and neutral lipids
在容易调节的pH值下变得不稳定的囊泡的设计对于靶向药物递送具有极大的意义。我们提出了两种形式的这种囊泡的微观理论。将我们以前介绍的脂质模型应用于可电离的阴离子脂质和永久带电的阳离子脂质体系。我们计算的pH值在该层状相变得不稳定相对于一个倒置的六边形，一个值，它连续依赖于系统的组合物。通过鉴定这种不稳定性与单层囊泡融合所显示的不稳定性，我们获得了与Hafez等人最近的实验数据非常一致的结果，Biophys. J. 2000 79：1438-1446，关于融合发生时的pH与囊泡组成。我们解释的反离子的作用方面的机制。这种理解表明，由阴离子脂质稳定的中性、非层状形成脂质的系统将同样很好地用于制备可调的pH敏感性囊泡。我们的计算证实了这一点。此外，我们表明，这两种形式的囊泡具有理想的功能，表现出一个制度，其中pH值不稳定是一个快速变化的功能的囊泡组合物。
2001-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Solubilization kinetics determines the pulsatory dynamics of lipid vesicles exposed to surfactant
我们建立了一个生物物理模型的动态脂质囊泡暴露于表面活性剂。由于表面活性剂分子的插入，脂质膜的溶解在几乎恒定的囊泡体积下引起膜表面积的减少。这导致膜张力的速率依赖性增加，并导致微米级孔的打开。我们表明，由于表面活性剂的增溶动力学可以确定孔隙动力学的制度：无论是孔打开和重新密封在一秒钟内（短命孔），或孔保持开放长达几分钟（长寿孔）。首先，我们验证我们的模型与以前发表的实验测量孔隙动力学。然后，我们研究了增溶动力学和膜性能如何影响孔的动力学，并构建了一个相图的短，长寿命的孔。最后，我们研究了连续孔开口的动力学，并表明循环短寿命的孔发生在一个时期成反比的溶解速率。通过推导循环周期的理论表达式，我们提供了一个分析工具来测量表面活性剂对脂质囊泡的增溶速率。我们的研究结果揭示了一些基本的生物物理机制，使简单的细胞样结构，以维持其完整性对环境压力，并有可能帮助设计囊泡为基础的药物输送系统。
2018-02-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Coarse-grained molecular dynamics simulation of binary charged lipid membranes: Phase separation and morphological dynamics
生物膜主要由中性和带电的脂质组成，具有多种功能结构和动力学。在这里，我们报告了一个粗粒度的分子动力学（MD）模拟的相分离和形态动力学在带电的脂质双层囊泡。与中性囊泡相比，带电囊泡中电荷头基之间的屏蔽长程静电斥力延迟或抑制了侧向相分离，表明相分离机制从旋节分解转变为成核或均匀分散。此外，静电斥力导致形态学的变化，如孔的形成，并进一步转化为磁盘，字符串，和bicelle结构，这是时空耦合到带电脂质的横向隔离。基于我们的粗粒度MD模拟，我们提出了一个合理的机制，在分子水平上的孔形成。在一个带电的脂质丰富的域中的孔的形成是由在域中的局部分子取向的先前的干扰。
2016-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Geometry of lipid vesicle adhesion
从几何学的角度研究了脂膜囊泡对固定基底的粘附。该囊泡由平均曲率的Helfrich hamilton二次方程描述;它通过与基底接触而相互作用，其相互作用能与接触面积成比例。我们在共享曲面的边界处识别几何上的约束。这个结果可以用垂直于这个边界的力的平衡来解释。没有假设的对称性的囊泡或基板上。讨论了强粘结极限以及曲率非对称性对边界的影响。
2002-10-23 cond-mat.soft
Pulsatile lipid vesicles under osmotic stress
脂质双层对渗透胁迫的反应是细胞功能的重要组成部分。之前，在[Oglecka et al. 2014]中，我们报告了暴露于低渗介质的细胞大小的巨型单层囊泡（GUV）通过经历一系列循环的肿胀和破裂事件（与膜的组成自由度相结合）对渗透压攻击作出反应。在这里，我们试图加深我们的定量理解的基本脉动行为的GUV在低渗条件下，通过推进一个全面的理论模型囊泡动力学。该模型定量捕获我们的实验测量的溶胀-爆裂参数为单组分GUV，并揭示，热波动使速率依赖性孔成核，驱动溶胀-爆裂周期的动态。我们进一步确定新的脉动动力学和GUV属性之间的标度关系。我们的研究结果提供了一个基本的框架，有可能指导未来的调查渗透胁迫下的非平衡动力学的囊泡。
2017-05-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
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
Spontaneous Expulsion of Giant Lipid Vesicles Induced by Laser Tweezers
用聚焦的激光点照射巨大的单层脂质双层囊泡导致在激光关闭后无限期地持续的紧张加压状态。如果囊泡中含有另一个物体，那么它就可以从紧张的外囊泡中轻轻地、连续地排出。值得注意的是，内部物体几乎可以和母囊泡一样大;它的体积在退出过程中被替换。我们提供了一个定性的理论模型来解释这些和相关的现象。主要的假设是，激光阱拉入脂质并将其以亚微米物体的形式排出，然后其渗透活性驱动排出。
1996-10-08 cond-mat.soft q-bio
Phase Transition and dissipation driven budding in lipid vesicles
膜出芽作为一种平衡过程已被广泛研究，这归因于共存结构域的形成或囊泡面积与体积比的变化（减少的体积）。相比之下，非平衡出芽仍然在实验上广泛未被探索，特别是当时间尺度远低于脂质的特征扩散时间τ时。我们发现，局部的机械扰动，通过驱动巨大的单层囊泡（GUV）通过其脂质相变，导致立即形成快速增长，多本地化，非平衡芽，当过渡发生在短时间尺度（<τ）。我们发现，这些芽产生于小的流体样扰动，并在第三个维度上生长为球冠，因为在平面上的传播是由连续的刚性凝胶状基质阻碍。考虑到三维和二维粘度，我们表明，耗散降低了系统的大小尺度，因此有利于形成多个芽，只要扰动发生在一定的临界速率以上。该速率取决于膜和介质粘度，并且通过我们的理论描述定性和定量地正确预测。
2013-03-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
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
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
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
Melting transition in lipid vesicles functionalised by mobile DNA linkers
我们研究相行为的脂质-双层囊泡功能化的配体-受体复合物的合成DNA通过引入一个建模框架和一个专门的实验平台。特别是，我们进行蒙特卡罗模拟，结合了粗粒度的描述的脂质双层与国家的最先进的多价配体-受体相互作用的分析模型。使用状态密度计算，我们推导出的配分函数在对囊泡和计算作为温度的函数的配体-受体键的数量。数值计算结果进行比较，显微镜和荧光实验上的大单层囊泡装饰的DNA接头进行互补的突出端。我们发现，囊泡聚集抑制时，接头的总数低于阈值。在这里提出的模型中，这是由于形成囊泡间桥所需的更高的配置成本相比，囊泡内循环，这反过来又与膜的变形能力。我们的研究结果和我们的数值/实验方法适用于作为功能材料和药物递送应用的脂质体的合理设计，以及研究活系统中的膜间相互作用，如细胞粘附。
2016-08-20 cond-mat.soft
Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes
我们研究了电荷对巨单层囊泡（GUV）的膜形态的影响，这些囊泡由含有带电脂质的各种混合物组成。我们通过荧光和共聚焦激光显微镜观察了由中性不饱和脂质[二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）]、中性饱和脂质[二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）]、带电不饱和脂质[二油酰磷脂酰甘油（DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$）]、带电饱和脂质[二棕榈酰磷脂酰甘油（DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$）]和胆固醇（Chol）组成的脂质混合物中的膜形态。在中性DOPC/DPPC和带电DOPC/DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$的二元混合物中，形成球形囊泡。另一方面，用由DOPG $^{\scriptsize{(-)}}$和DPPC组成的GUV经常观察到孔形成。在DPPC/DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$ /Chol三元混合物中，也经常观察到孔形成的囊泡。成孔囊泡的百分比随着DPPG $^{\scriptsize{(-)}}$浓度的增加而增加。此外，当通过添加盐来筛选带电脂质的头基电荷时，在二元和三元带电脂质混合物中孔形成的囊泡都被抑制。我们讨论了带电脂质混合物中孔形成的机制以及相分离与膜形态之间的关系。最后，我们再现了实验系统中看到的结果，通过使用粗粒度的分子动力学模拟。
2016-01-07 cond-mat.soft
Coarse-grained molecular dynamics simulation for uptake of nanoparticles into a charged lipid vesicle dominated by electrostatic interactions
我们使用粗粒度的分子动力学模拟来研究中性或带电纳米颗粒（NPs）和由中性和带负电荷的脂质组成的囊泡之间的相互作用。我们专注于亲水性和疏水性的吸引力和静电相互作用的脂质分子和NP之间的相互作用强度。当疏水相互作用足够强时，中性NP穿过脂质膜。随着带正电荷的NP的化合价增加，与中性NP相比，NP的膜渗透速度增加，并且带电荷的脂质在带电荷的NP周围积累。一个带电荷的高价NP通过一个由带电荷的脂质或转运样内吞作用形成的瞬时通道穿过脂质膜。通过对渗透过程的密度关联函数分析，可以对渗透过程进行分类。当非静电相互作用参数足够大时，带负电荷的NP可以吸附在膜上，并且在NP正下方形成中性富脂区域。NP在各种条件下自发地掺入囊泡中，并且该掺入由膜曲率介导。我们揭示了NP的行为取决于NP价，大小和非静电相互作用参数。
2019-07-24 cond-mat.soft
Comments to topological defects in bilayer vesicles
为了解释双层囊泡聚集的细节，我们修改了脂质-胆固醇系统$DPPC/DLPC$ /胆固醇的封闭囊泡中脂质结构域形成的任意子模型，其由Feigenson和Tokumasu（Biophys. Journal，2001，2003）在不同的光学实验和原子力显微镜的框架。
2007-01-09 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
Optical transport of sub-micron lipid vesicles along an optical nanofibre
在过去的几年里，利用限制在纳米尺度电介质结构中的光来增强对生物颗粒的操纵和分析已经取得了快速进展。小的模体积，以及不需要庞大的光学元件，相对于传统的光学操纵，在灵敏度和可扩展性方面具有优势。然而，脂囊泡（脂质体）的操作仍然困难，特别是在亚微米直径范围内。在这里，我们证明了光捕获和传输的亚微米直径的脂质体沿光学双折射使用的双折射模式的倏逝场。我们发现，低于标称衍射极限的双折射直径给出了最佳的结果。我们的研究结果为脂质体样生物颗粒的集成光学传输和分析以及它们与纳米光学谐振器的耦合铺平了道路。
2020-09-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.optics
Acetaminophen Interactions with Phospholipid Vesicles Induced Changes in Morphology and Lipid Dynamics
对乙酰氨基酚（APAP）或扑热息痛，尽管其广泛和普遍用于疼痛和发热症状，显示出各种副作用，毒性作用和过量作用。APAP最常见的毒性作用形式是在肝脏中，其中磷脂酰胆碱是细胞膜的主要成分，具有额外的相关功能。尽管如此，APAP对纯磷脂膜的影响在很大程度上被忽略了。在这里，我们使用DOPC，一种在哺乳动物细胞膜中常见的磷脂来合成大的单层囊泡，以研究APAP的掺入如何在不同浓度下改变纯脂质囊泡的结构、形态和流动性。我们使用了动态光散射（DLS），小角中子和X射线散射（SANS，SAXS），低温TEM结构表征，中子自旋回波（NSE）光谱的组合来研究动力学。我们发现，在脂质双层中掺入对乙酰氨基酚显着影响球形磷脂自组装在其形态方面，以及影响双层中的脂质含量，导致弯曲刚度降低。我们讨论了APAP分子对纯脂质膜的整体影响如何在药物的作用机制中发挥重要作用。我们的研究结果表明，APAP的掺入降低了膜刚度，以及改变球形单层囊泡成更不规则形状的囊泡。尽管SAXS、NSE和cryo-TEM观察到双层结构没有太大变化，但结果表明，在双层中加入APAP后，脂质动力学发生了变化，导致膜刚度总体下降。还观察到对脂质尾部运动的强烈影响。刚度还观察到对脂质尾部运动的强烈影响。
2021-06-03 cond-mat.soft
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
On the statistical mechanics of shape fluctuations of nearly spherical lipid vesicle
生物膜的力学性能在生物体的结构和功能中起着重要的作用。用于确定模型脂质膜（具有相似机械性质的生物膜的简化模型）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质囊泡的形状波动。这种分析的理论基础是由米尔纳和赛峰开发的。在目前的研究中，我们分析他们的结果使用的方法的基础上Bogoljubov不等式和近似哈密顿方法。这种方法符合统计力学的原理，没有矛盾。当膜的拉伸弹性K_s趋于零时，我们的考虑验证了Milner和Safran的结果。
2014-09-12 cond-mat.soft
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
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
Global SAXS data analysis for multilamellar vesicles: Evolution of the scattering density profile (SDP) model
我们采用了非常成功的散射密度分布（SDP）模型，这是用来共同分析小角度X射线和中子散射数据从单层囊泡，用于与数据从完全水合，液晶多层囊泡（MLV）。通过使用遗传算法，这种新方法能够提供高分辨率的结构信息，以及确定双层弹性弯曲波动从独立的X射线数据。重要的结构参数，如双层厚度和面积每脂质测定了一系列的饱和和不饱和脂质，以及二元混合物与胆固醇。结果是在良好的协议与以前报道的SDP数据，其中使用中子和X射线数据。添加氘代和非氘代MLV中子数据的分析改善了脂质骨架的信息，但没有改善，在实验的不确定性，双层厚度和面积每脂质的结构信息。
2013-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Polymer-induced tubulation in lipid vesicles
提出了从脂质囊泡中提取管状膜的机制。锚定两亲聚合物的浓度梯度从芽状囊泡突起产生管。我们解释这个机制的框架下的Canham-Helfrich模型。的能量分布进行了分析计算和一个固定的长度，对应于一个能量最小值的管，得到在一定的制度的参数。此外，使用相场模型，我们证实了这些结果的数值。我们得到的增长管时，聚合物源被添加，和芽状形状后，删除的聚合物源，根据最近的实验结果。
2008-04-21 cond-mat.soft q-bio.QM q-bio.SC
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
Using holographic microscopy to measure the effect of confinement on crowding agents in lipid vesicles
本文提出基于数字全息显微镜的方法，测量脂质囊泡内聚苯乙烯微球扩散，发现PEG高于临界重叠浓度时限域会减慢扩散。
2023-03-28 cond-mat.soft
Morphodynamics of lipid vesicles under osmotic forcing
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
该研究通过连续介质模拟揭示渗透压驱动脂质囊泡经历屈曲、平滑和折叠三阶段演化，并预测了屈曲与折叠时间标度，阐明了膜塌缩与内陷的物理机制。
2026-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The metastability of lipid vesicle shapes in uniaxial extensional flow
Landau Institute for Theoretical Physics of the RAS（俄罗斯科学院朗道理论物理研究所）；HSE University（高等经济学院）；Oil and Gas Research Institute, RAS（俄罗斯科学院油气研究所）
研究脂质囊泡在单轴拉伸流中的弹性质及形状动力学，发现所有静态囊泡配置均为亚稳态，通过分析Helfrich弯曲能和粘性流动应力，揭示小体积囊泡在临界拉伸速率下长度保持有限，且扰动增长速率的临界行为通过解析和数值计算验证。
2026-04-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How to make and trap a pseudo-vesicle with a micropipette
我们提出了一种简单的方法来产生巨大的脂质假囊泡（囊泡与油性帽上的顶部），被困在琼脂糖凝胶。该方法可以仅使用常规微量移液管来实施，并且依赖于在液体琼脂糖中形成水/油/水双液滴。我们用荧光成像表征所产生的囊泡，并通过α-溶血素跨膜蛋白的成功插入来确定脂质双层的存在和完整性。最后，我们表明，囊泡可以很容易地机械变形，非侵入性，通过缩进的凝胶表面。
2022-07-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.ins-det
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
Autonomous Engulfment of Active Colloids by Giant Lipid Vesicles
本研究设计由葡萄糖和光驱动的Janus胶体，揭示拉型游泳模式与粘附作用使活性粒子能自主触发巨型脂质囊泡的内吞吞噬，为药物递送和纳米医学提供物理原则。
2024-03-15 cond-mat.soft
Topological Bounds of Bending Energy for Lipid Vesicles
Helfrich弯曲能在理论生物物理学中为脂质囊泡的构象提供机制方面起着重要作用，该机制由能量最小化原理支配，该原理在适当的拓扑特征的配置上。我们将表明，一个量的存在称为自发曲率阻碍了一个极小的Helfrich能量的嵌入环环面的集合上的存在。此外，尽管人们已经很好地认识到脂质囊泡可以呈现出各种形状的复杂拓扑结构，但缺乏Helfrich能量的拓扑边界。为了克服这些困难，我们考虑了一个一般的尺度不变的各向异性曲率能量，扩展了Canham弹性弯曲能量建模的双凹形红细胞。我们将表明，到一个重新缩放的生成半径，有一个独特的极小的能量在一组嵌入环环面，在整个参数制度，恢复Willmore极小在其Canham各向同性限制。我们还展示了如何提高各向异性有利于大力明确的过渡，从球形，椭圆形，然后到双凹形的表面，脂质囊泡。然后，我们建立了一些属依赖的拓扑各向异性能量的上下界。最后，我们导出了广义弯曲能的形状方程，它推广了著名的Helfrich形状方程。
2018-06-02 cond-mat.soft math-ph math.MP
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
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
Onsager's irreversible thermodynamics of the dynamics of transient pores in spherical lipid vesicles
利用Onsager的不可逆热力学理论，系统地推导了球形囊泡中瞬时孔的开孔和塌陷的动力学方程。我们表明，边缘张力必须从孔松弛的初始阶段确定，并且在最终状态下囊泡膜不完全松弛，因为表面张力和压力差约为其初始值的$25\%$。我们还表明，孔的寿命是由溶液的粘度和它的开放驱动的溶液泄漏和表面张力下降。最终的塌陷是由于边缘和表面张力以及压力差之间的非线性相互作用。此外，我们还讨论了与以前的模型的连接。
2015-06-09 cond-mat.soft
Hydrodynamics of Multicomponent Vesicles Under Strong Confinement
本文数值模拟强约束下多组分囊泡的流体与膜动力学，提出正定性弯曲模量参数化，并揭示狭窄段和收缩通道中脂质相分离、粗化抑制及释放后快速演化规律。
2023-08-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
There and back again: bridging meso- and nanoscales to understand lipid vesicle patterning
本文提出一种结合分子动力学与蒙特卡罗模拟的多尺度方法，通过物理重整化与反向映射实现脂质囊泡从分子到介观尺度的跨尺度平衡，为大型生物膜模拟的时间尺度难题提供新策略。
2024-01-11 cond-mat.soft
Lipid exchange promotes fusion of model protocells
针对传统融合剂无法诱导脂肪酸模型原始细胞囊泡完全融合的问题，本研究提出脂质交换可扰乱脂质排列触发融合，并通过实验与模拟验证该结论，为探究膜生物物理约束原始细胞进化提供依据。
2023-05-02 cond-mat.soft
Stochastic pH oscillations in a model of the urea-urease reaction confined to lipid vesicles
尿素-尿素酶时钟反应是从酸性到碱性的pH切换，如果它发生在合适的开放反应器内，则可以变成pH振荡器。我们研究了限制反应的脂质囊泡，允许交换与外部水库通过差分传输，使pH值的恢复和产生恒定的供应的尿素分子。对于微观小囊泡，离散的分子数量需要一个随机处理的反应动力学。我们的分析表明，固有噪声诱导的振荡周期，这增加了泡变小的一个显着的统计变化。然而，平均周期，被发现是非常强大的囊泡大小下降到约200 nm。所观察到的振荡被解释为鸭式极限环，不同于广泛的传统反馈振荡器类。
2021-10-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
SAXS measurements of azobenzene lipid vesicles reveal buffer-dependent photoswitching and quantitative Z->E isomerisation by X-rays
光响应材料的特征在于可以通过光近瞬时地、可逆地并且以高时空精度调整的性质。有相当大的兴趣，在最大限度地提高开关的程度，并在复杂环境中的照明过程中测量这种程度。我们研究了光响应脂质膜的开关，允许精确和可逆的操纵膜的形状，渗透性和流动性。虽然这些宏观光响应是清楚的，但不清楚反式/顺式比率的变化有多大，以及它们是否可以改善。在这里，我们使用小角度X射线散射来测量光开关脂质膜的厚度，并将厚度与反式/顺式比率相关联。这揭示了光开关对水相组成的意外依赖性，突出了用去离子水的比预期小的光开关，并且显示出厚度变化是先前观察到的两倍大。软X射线可以定量地将光脂膜异构化为全反式状态：既能够实现更强大的基于X射线的膜控制，又强调了高能X射线对于仅观察软物质实验的作用。
2021-11-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Direct Computation of Two-Phase Icosahedral Equilibria of Lipid Bilayer Vesicles
正确制定的连续模型的脂质双层膜提出了一个重大的挑战，计算力学。特别是，中表面的行为是一个二维流体，而膜抵抗弯曲很像一个弹性壳。在这里，我们考虑了一个著名的Helfrich-Cahn-Hilliard模型的两相脂质双层囊泡，将中表面的流动性，曲率弹性和相场。我们提出了一个系统的方法来直接计算具有二十面体对称性的膀胱配置，这已在实验中观察到，其数学存在最近已经建立。我们首先介绍了一个径向图形配方，以克服与传统的拉格朗日描述内的流动性的困难。我们使用所谓的细分曲面有限元法结合二十面体对称网格。由此产生的离散方程是良好的条件和继承下的二十面体群的表示等变性。我们使用群论的方法，以获得一个减少的问题，捕获所有二十面体对称的解决方案的完整问题。最后，我们探索我们的简化模型的行为，改变数学模型中存在的许多物理参数。
2016-06-19 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
Phase separation dependent active motion of Janus lipid vesicles
本文制备了相分离形成的Janus巨型单层囊泡，在交流电场下通过诱导电荷电渗实现自推进，并揭示了电场导致的run-and-tumble运动、增强旋转扩散及货物释放能力，为可编程人工微游泳器提供了新路径。
2023-11-01 cond-mat.soft physics.chem-ph
