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
Nanoparticle-lipid interaction: Job scattering plots to differentiate vesicle aggregation from supported lipid bilayer formation
纳米材料对肺液或活细胞质膜的影响促使研究人员研究纳米颗粒和脂质囊泡之间的相互作用。最近的研究表明，纳米颗粒-脂质相互作用导致了广泛的结构，包括支持的脂质双层（SLB），颗粒吸附在表面或内化囊泡内，和混合的聚集体。今天，需要有简单的协议，可以容易地评估从颗粒和囊泡获得的结构的性质。在这里，我们应用连续变化的方法来测量工作散射图，并提供在各种情况下的散射强度的解析表达式。从建模和实验测量之间的比较出现的结果是，静电在协会中起着关键作用，但它是不足以诱导形成支持的脂质双层。
2018-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Relaxation of a Simulated Lipid Bilayer Vesicle Compressed by an AFM
利用粗粒分子动力学模拟，我们研究了双层囊泡的松弛，单轴压缩的原子力显微镜（AFM）悬臂。弛豫时间表现出很强的力依赖性。力-压缩曲线与最近的实验非常相似，其中巨大的单层囊泡以几乎相同的方式被压缩。
2016-10-19 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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Pressure-dependent adhesion between solid-supported PC-lipid bilayers and vesicles under electric fields
该研究直接测量电场中固体支撑 DMPC 与 DSPC 脂质层间的黏附能，发现其具有显著压力依赖性，并归因于融合中间体，为膜电融合机制提供新解释。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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 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
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
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
Vesicle-like structure of lipid-based nanoparticles as drug delivery system revealed by molecular dynamics simulations
基于脂质的药物递送系统被认为是用于疏水性药物化合物的有前途的载体。液滴内的脂质分布可以影响这些载体中的药物负载能力。这是非常具有挑战性的，以确定这些载体内的纳米结构，通过实施的直接实验方法，由于超细尺寸。因此，粗粒分子动力学（MD）模拟被用来模拟不同的基于脂质的纳米颗粒的直径约12 nm，包括固体脂质纳米颗粒（SLN），纳米乳液（NE），和纳米结构的脂质载体（NLC），和组织的脂质在载体内进行了探索。上述纳米颗粒由硬脂酸、油酸作为脂质和十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂在水介质中组成。此外，关于NLC模拟，研究了固液质量比对脂质基质内脂质分布的影响。我们观察到所有研究系统的囊泡样结构，其中脂质和表面活性剂的亲水部分组织成半双层折叠进入液滴，疏水性尾部在其中积累。值得一提的是，虽然SDS作为一种苛刻的表面活性剂，这是一种特殊情况，预计存在于液滴的表面，但它渗透到脂质中。我们的研究结果表明，在液滴内部的一个或多个空腔的形式的头部基团的内部层，其中所包围的脂质头部基团的捕获的水珠。还报道了在纳米乳液和SLN的构建结构中，在液滴的中心部分，脂质比NLC的情况更致密。我们的研究结果表明，在NLC模拟的情况下，脂质基质内的脂质分布是不敏感的固体液体脂质的质量分数。
2019-01-03 cond-mat.soft physics.comp-ph
A Generalization of Shell Theorem. Electric Potential of Charged Spheres and Charged Vesicles Surrounded by Electrolyte
利用德拜屏蔽势，推广了牛顿壳定理，导出了计算电解质包围的带电球体的电势、电解质包围的两个同心带电球体的电势和高离子浓度电解质包围的带电脂质囊泡的膜电势的解析方程。通过数值积分，计算了在任何电解质浓度下脂质囊泡的电势。
2020-01-25 cond-mat.soft
Solid domains in lipid vesicles and scars
在球形囊泡上与液相共存的结晶域的自由能可以近似为弹性或拉伸能和线张力项。拉伸能一般随着畴的面积而增长，而线张力项则随着畴的周长而增长。我们表明，如果结晶域包含缺陷阵列组成的有限长度的位错晶界（疤痕）的拉伸能量线性增长的特征长度的结晶域。我们发现，这一结果是至关重要的，以了解存在的固体域的脂质双层在强烈隔离的两相区，即使是小的相对面积覆盖。随着线张力的降低，畴从帽状演化为条纹状，条纹状变薄。我们还讨论了其他实验系统的结果的影响，并为一般的问题，包括在寻找一个非常大的数量的粒子的基态限制移动一个固定的几何形状和相互作用的各向同性的潜力。
2006-03-29 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
Accurate reduced models for the pH oscillations in the urea-urease reaction confined to giant lipid vesicles
本研究针对巨型脂质囊泡内尿素-脲酶反应的pH振荡，推导解析与数值结合的约化模型，提出高精度双变量模型并证明其与三变量模型等价，为实验解释及囊泡节律同步研究提供基础。
2022-12-30 cond-mat.soft nlin.PS physics.chem-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
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
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
