Interplay of curvature-induced micro- and nanodomain structures in multicomponent lipid bilayers
我们讨论了不同的机制，曲率诱导域形成多组分脂膜，并提出了一个理论模型，使我们能够研究域之间的相互作用。该模型表示的膜由两个耦合的单层，其中每个携带一个额外的序参量字段描述当地的脂质组成。每个单层的自发曲率耦合到局部组合物，此外，相对单层上的脂质组合物彼此耦合。利用这个模型，我们在平均场近似下计算了双层膜的相行为。所得的相图令人惊讶地复杂，并揭示了各种相和相变，包括修饰的微区相，其中纳米区沿微区边界排列。我们的研究结果表明，外部膜张力可以用来控制多组分脂质双层中的纳米结构域（可能与脂“筏”相关）的横向组织。
2015-11-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Cracking donuts and sorting lipids: Geometry controls archaeal membrane stability and lipid organization
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究通过分子动力学模拟探讨古菌膜结构与曲率的关系，发现双层膜能维持所有曲率，而刚性双头脂质单层膜则会改变囊泡形状或破裂，揭示曲率-组成耦合是古菌膜重塑的物理特征。
2026-04-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
A criterion to identify the equilibration time in lipid bilayer simulations
为了建立一个标准，用于识别时，脂质双层已达到稳定状态，使用分子动力学模拟技术，脂质双层的液晶相的不同组成的模拟在水溶液中的氯化钙$_2$作为电解质的存在下，在不同的浓度水平。在这方面，我们使用了两种不同的脂质双层系统：一种由288 DPPC（二棕榈酰磷脂酰胆碱）组成，另一种由288 DPPS（二棕榈酰磷脂酰丝氨酸）组成。在这个意义上，对于这两种类型的脂质双层，我们已经研究了一些脂质性质的时间演变，如每个脂质的表面积，氘序参量，脂质水合和脂质-钙的协调。从他们的分析中，很明显，每种属性都有不同的时间来实现平衡。发现以下顺序，从快的性质到慢的性质：离子的配位$\approx$氘序参量$>$面积每脂质$\approx$水合。因此，当脂质的水合或每个脂质的平均面积稳定时，我们可以确保脂质膜已经达到稳定状态。
2012-12-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Alpha-tocopherol inhibits pore formation in the oxidized bilayers
在生物膜中，α-生育酚（α-toc;维生素E）保护多不饱和脂质免受自由基的侵害。虽然α-toc与非氧化脂质双层的相互作用已被研究，但它们对氧化双层的作用仍不清楚。在这项研究中，原子分子动力学（MD）模拟氧化脂质双层进行了不同浓度的α-toc。研究了1-棕榈酰-2-月桂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（PLPC）脂质及其醛衍生物以1：1比例形成的双层膜。我们的模拟表明，氧化脂质自组装成聚集体与水的孔隙迅速发展的脂质双层。α-toc分子在脂双层中转运的自由能表明α-toc可以被动吸附到脂双层中。当α-toc分子以低浓度存在于含有氧化脂质的双层中时，水孔的形成变慢。在高α-toc浓度下，未观察到孔隙。基于模拟结果，我们提出α-toc抑制氧化脂质双层膜中孔形成的机制是：α-toc在膜-水界面捕获氧化脂质的极性基团，导致氧化脂质与两个小叶接触并引发孔形成的概率降低。这说明α-toc分子不仅能保护双分子膜免受氧化，而且在脂质过氧化后还能起到稳定双分子膜的作用。这些结果将有助于设计更有效的分子来保护膜免受氧化应激。
2016-11-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Ion-channel-like behavior in lipid bilayer membranes at the melting transition
众所周知，在凝胶-液体相变温度下，脂质双层膜表现出增加的离子渗透性。我们分析了量子化的电流，其中增加的磁导率本身。打开时间直方图显示“-3/2”幂律，这意味着打开-关闭转换速率随着时间的推移像$k(t) \propto t^{-1}$一样减小。我们提出了一个“孔冻结”模型来解释的意见。我们讨论了如何这种模式也导致$1/f^α$噪声，通常观察到的电流在生物和人工膜。
2010-04-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalous diffusion of phospholipids and cholesterols in a lipid bilayer and its origins
结合广泛的分子动力学模拟的脂质双层系统的不同的化学组成与单轨迹分析，我们系统地阐明了随机性质的脂质运动。我们观察到亚扩散超过四个数量级的时间，清楚地延伸到亚微秒域。脂质运动微妙地取决于脂质化学、脂质相，特别是取决于胆固醇的存在。我们表明，分数朗之万方程运动普遍描述的脂质运动在所有阶段，包括凝胶相，并在胆固醇的存在下。这些结果强调了脂质双层中异常扩散的相关性和膜组合物的强烈影响。
2012-10-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
The interplay between membrane viscosity and ligand-binding receptor kinetics in lipid bilayers
本研究通过引入依赖于应变水平的黏度构建脂质双层黏弹性本构模型，揭示了膜黏度与配体结合受体动力学的相互作用，为脂质筏活性及细胞力学信号传导提供了新见解。
2024-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Impact of Lipid Structural Variations on Bilayer Properties: A Coarse-Grained Molecular Dynamics Study
该研究采用基于Martini力场的粗粒化分子动力学模拟7种脂质，揭示了酰基链长度、不饱和度及头部基团类型对双层膜厚度、每脂质分子面积、侧向扩散系数等性质的影响，深化了膜生物物理认知，为脂质基系统的生物医学设计提供参考。
2024-12-12 cond-mat.soft
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
Phase-separation transitions in asymmetric lipid bilayers
使用由脂质混合物制成的微米级脂质双层囊泡，研究了与脂质组合物的不对称性相关的相分离的形态学转变。完整的宏观相分离形态经历了一个过渡到微观相分离的形态通过一个lorate形态作为一个亚稳态。该转变导致通过重复的畴断裂事件出现单分散纳米尺寸的畴。此外，我们还利用描述相分离的含时Ginzburg-Landau模型和弯曲弹性膜对相变进行了数值验证，通过固定一个自由参数，这与实验结果定量一致.我们的研究结果表明，由于不对称的组合物的局部自发曲率起着至关重要的作用，在热力学稳定的微相分离的脂质双层。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Two-Dimensional Ordering of Bacteriorhodopsins in a Lipid Bilayer and Effects Caused by Repulsive Core between Lipid Molecules on Lateral Depletion Interaction: A Study based on a Thermodynamic Perturbation Theory
利用二元硬盘混合模型，研究了细菌视紫红质在脂双层中的二维有序性。用热力学微扰理论计算了相图。我们研究了两种有效的相互作用，以讨论横向耗尽效应所造成的排斥核心相互作用的脂质分子。结果表明，核排斥大大拓宽了流体有序相的共存区域。
2022-12-07 cond-mat.soft
A New Method for Measuring Edge Tensions and Stability of Lipid Bilayers: Effect of Membrane Composition
本文报道了一种新的测量脂膜边缘张力的简便方法。该方法是基于电穿孔的巨型单层囊泡和孔闭合动力学分析。我们应用这种方法来评估膜的边缘张力与四种不同的组合物：卵磷脂（EggPC），二油酰磷脂酰胆碱（DOPC），后者与胆固醇和二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）的混合物。我们的数据证实了EggPC和DOPC的先前结果。向DOPC膜中添加17摩尔%胆固醇导致膜边缘张力增加。相反，当将相同分数的DOPE添加到膜中时，观察到边缘张力的降低，考虑到分子的倒圆锥形几何形状，这是意想不到的结果。据推测，脂间氢键是这种行为的起源。此外，发现胆固醇降低DOPC双层的溶解张力。这种行为与在由硬脂酰油酰磷脂酰胆碱制成的双层上观察到的行为不同，表明胆固醇以脂质特异性方式影响膜的机械稳定性。
2011-02-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular Dynamics Simulations of Lipid Bilayers: Major Artifacts due to Truncating Electrostatic Interactions
我们通过20 ns的分子动力学模拟研究了截断静电相互作用对完全水合的纯二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）双层膜的影响。在其中的静电相互作用被截断的计算进行比较，类似的模拟使用粒子网格埃瓦尔德（PME）技术。所有检查截断距离（1.8至2.5 nm）导致双层性质的主要影响，如增强的顺序的酰基链连同减少面积每脂质。另一方面，使用PME获得的结果与实验一致。这些文物解释的径向分布函数$g(r)$的分子和分子组在双层平面。明显的最大值或最小值g（r）恰好出现在截断距离处，表明截断引起DPPC分子的极性磷脂酰和胆碱基团之间的人工排序。在使用PME描述的系统中，不存在这种人工排序。
2002-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bilayer registry in a multicomponent asymmetric membrane : dependence on lipid composition and chain length
细胞膜生物学相当感兴趣的一个问题是跨不对称双层的相分离结构域是否彼此强烈相关，以及一个小叶中的相分离是否可以诱导另一小叶中的分离。我们回答这两个问题是肯定的，使用原子分子动力学模拟研究的3-组分{\em不对称}脂质双层包括不饱和的POPC（棕榈酰-油酰-磷脂酰-胆碱），饱和的SM（鞘磷脂）和胆固醇与不同的组成比例的平衡统计特性。我们的模拟是通过固定的组合物的上部小叶是在共存的液体有序（$l_o$）-液体无序（$l_d$）相，而下部小叶的组合物是不同的相共存制度的混合$l_d$相，跨越一阶相边界。在每个瓣叶的相共存状态下，我们发现两个瓣叶之间的$l_o$结构域具有很强的跨双层相关性，导致{\it双层注册}。这种跨双层相关性敏感地取决于参与脂质的链长和可能的脂质化学的其他特征，如饱和度。我们发现，当下小叶名义上处于混合（$l_d$）相时，上小叶中的$l_o$结构域可以{\em诱导}下小叶中的相分离。
2013-09-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Pattern formation of phase-separated lipid domains in bilayer membranes
针对GUVs脂质相分离图案与现有理论不符的问题，提出结合膜弹性形变和脂质相分离（由优选双层曲率耦合）的理论，结合解析数值方法解释实验，给出可验证预测，为生物膜空间图案化机制研究提供新方向。
2023-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Tension-Induced Morphological Transition in Mixed Lipid Bilayers
最近，Rozovsky等人报道了含有饱和和不饱和脂质以及胆固醇的三组分脂质双层中超结构的形态和动力学[J. Am. 127，36（2005）]。我们评论说，观察到的序列的条纹六边形的形态过渡混合双层可以归因于增强膜表面张力，这是由囊泡粘附在固体表面上。
2005-11-20 cond-mat.soft
A Simulation Study on Multicomponent Lipid Bilayer
模拟具有固定百分比的胆固醇的多组分脂质双层来研究导致域形成的相变。随机晶格的概念已被用于模拟来解释脂质分子的内部自由度和平移自由度之间的耦合。考虑到一个典型的系综，不同的脂质分子被允许交换它们在晶格中的位置受到标准的大都会算法。该过程中涉及的步骤有效地考虑了鞘脂和胆固醇分子的运动，有助于形成天然膜中发现的饱和脂质的富含胆固醇的结构域。
2005-05-05 cond-mat.soft
Flexible String Model of Unsaturated Lipid Bilayer
该研究提出了不饱和脂质双分子层的柔性弦解析模型，通过引入不饱和键弯曲角，解释了横向压力分布中熵排斥的增强与减弱，并对比了POPC与DPPC的性质。
2024-07-17 cond-mat.soft
Critical adsorption controls translocation of polymer chains through lipid bilayers and permeation of solvent
蒙特卡罗模拟使用一个明确的溶剂模型表明，一个新的途径易位的聚合物链通过脂质双层。我们考虑了由具有给定疏水性的重复单元组成的聚合物链和自组织液体状态下的脂质双层的粗粒模型。通过改变疏水性的程度，链经历相对于脂质双层的吸附转变。接近转变点，在链的适当平衡的疏水性下，膜相对于链变得透明。同时，在靠近吸附链的区域，双层膜的溶剂渗透性大大增加。我们的研究结果表明，与波动的脂质双层相互作用的聚合物链的吸附的临界点可以发挥关键作用的分子通过生物膜的易位。
2012-05-21 cond-mat.soft
Lipid Bilayer-Coated Curcumin-based Mesoporous Organosilica Nanoparticles for Cellular Delivery
具有按需释放能力和生物相容性的有效和可控的药物递送系统在生物医学应用中受到极大的关注。在这里，我们描述了一种新型的无机-有机杂化材料，其有机物含量高得惊人，几乎达到50重量%。在这项工作中合成的胶体周期性介孔有机硅（PMO）纳米粒子完全由姜黄素和乙烷衍生物作为成分，通过硅氧烷桥交联，没有任何添加的二氧化硅。这些介孔姜黄素纳米颗粒（MCNs）表现出非常高的表面积（超过1000 m2/g）、窄的粒度分布（约200 nm）和在模拟生物介质中惊人的高稳定性。此外，MCNs在活细胞实验中用作货物递送系统。支撑的脂质双层（SLB）有效地密封孔并释放罗丹明B作为HeLa细胞中的模型货物。这种新型纳米载体概念为开发可控且高度生物相容的治疗诊断系统提供了一个有前途的平台。
2015-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Curvature effects in charge-regulated lipid bilayers
我们提出了脂双层膜中静电相互作用的理论，其中两个单层小叶都含有受电荷调节的可解离部分。我们专门研究了膜曲率和电荷调节的脂质双层囊泡使用线性Debye-Hückel（DH）和非线性Poisson-Boltzmann（PB）理论之间的耦合。我们发现，电荷调控的其他对称的双层膜可以诱导电荷对称性破缺，非线性挠曲电和自由能的异常曲率依赖。pH值的影响超出了静电重整化膜的机械弹性性能的范例。
2022-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Flexible Lipid Bilayers in Implicit Solvent
提出了一个脂双层的最小模拟模型。每种脂质都由隐式溶剂中的柔性珠链表示。疏水效应通过位于“水”/烃尾部界面的分子间对势来模拟。这种潜力保证了双层几何结构中脂质的现实界面张力。脂质自组装成双层结构，显示与实验模型膜系统一致的流动性和弹性。不同的分子柔性允许在实验系统中看到的值的范围内调整弹性模量和面积/分子。
2005-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Atomistic simulations of a multicomponent asymmetric lipid bilayer
细胞膜在其组成上是固有的不对称和异质的，这是其功能的关键特征。采用原子分子动力学模拟，研究了由不饱和的棕榈酰-油酰-磷脂酰胆碱（POPC）、饱和的鞘磷脂（SM）和胆固醇组成的三组分不对称混合脂双层体系的物理性质.在这些模拟中，观察到液体有序的$l_o$结构域形成的初始阶段，并且发现这种结构域高度富集胆固醇和SM。目前的模拟还表明，胆固醇分子可以分配到这些SM主导的区域的比例为$3:1$相比，POPC主导的区域。SM分子表现出可测量的倾斜和长程倾斜的相关性内观察到的$l_o$域作为结果的双层的不对称性，与局部膜变形和出芽的影响。SM和胆固醇分子，这反映了空间变化的物理环境中遇到的标记粒子的标记粒子扩散，计算和最近的实验结果相比，从高分辨率显微镜。
2012-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Peptide pores in lipid bilayers : voltage facilitation pleads for a revised model
我们解决的问题，在脂质双层中创建孔的抗菌肽，专注于电压-温度依赖性的孔开放。两个新的实验（电压钳与alamethicin作为这些肽的象征性代表和在固体/水界面下的电场下的脂质单分子层的中子反射率）用于修正唯一的当前理论模型（H. W. Huang等，Phys. Rev. Lett.，92，198304（2004））。我们介绍了一个一般的贡献的电场作为负责的两个双层小叶的不平衡的张力，我们声称，一个孔开口的主要熵成本是由于相应的“排除面积”的脂质翻译。
2013-06-21 cond-mat.soft
Water-phospholipid interactions at the interface of lipid membranes: comparison of different force fields
水-磷脂相互作用对生物膜的动力学、稳定性和功能具有重要意义，并与脂双层界面上的许多生物过程密切相关。各种力场，如联合原子Berger力场、Kukol和Poger的两个改进版本，以及最近发展的全原子Slipid力场，都可以用来模拟脂双层的结构，它们的结构预测与实验数据符合得很好。在这项工作中，我们表明，尽管在结构预测的脂双层的相似性，有观察到的差异，形成氢键和水和磷脂基团之间的相互作用能量分布在脂双层/水界面，当四个力场二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）磷脂采用分子动力学模拟。特别是，与Berger及其两个改进的力场相比，Slipid力场在水和磷脂之间产生更多的氢键，并且对于它们各自的酰基尾部上的两个羧基，产生更对称的相互作用能量分布。这些差异主要归因于不同的界面水分布和使用不同力场在DPPC脂质的界面水和氧原子之间形成氢键的能力。这些结果将有助于理解水在脂双层/水界面的行为及其与磷脂的相互作用，并为脂双层模拟中力场的合理选择提供指导。
2018-01-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Lateral organization in mixed lipid bilayers supported on a geometrically patterned substrate
脂质在生物膜中的组织对于细胞功能如信号转导和膜运输是必不可少的。一个主要的挑战是如何控制横向脂质组成的支持膜，这是至关重要的生物传感器的设计和细胞过程的调查。在这里，我们进行的第一个理论研究的横向组织的混合脂质双层诱导的几何图案化的基板，并检查图案化的基板诱导的结构形成的物理机制的支持脂质双层。丰富多样的脂质成分分离受到调节，并且结果可以很好地解释最近的实验工作[Yoon，T. Y.等人，\textit{Nat. Mater.} \textbf{5}，281（2006）和Parthasarathy，R.等人，\textit{Langmuir} \textbf{22}，5095（2006）]。本研究提供了一个全面的理解，通过统一这些实验证据的机械控制膜组件的空间组织。
2006-11-03 cond-mat.soft
The Influence of Ceramide Tail Length on the Structure of Bilayers Composed of Stratum Corneum Lipids
通过分子动力学模拟研究了由非α羟基鞘氨醇神经酰胺（CER NS）、胆固醇（CHOL）和游离脂肪酸（FFA）组成的脂质双层，这些脂质双层是人体皮肤屏障的组成部分。由于这些脂质的混合物存在于致密的凝胶相中，在生理条件下几乎没有分子流动性，因此必须小心以确保模拟与初始条件去相关。因此，我们提出并验证了一个平衡协议的基础上模拟回火，其中模拟需要通过温度空间的随机行走，使系统打破亚稳态配置，从而成为去相关的形式，其初始配置。在验证平衡方案后，研究了脂质组成和神经酰胺尾长对双层性质的影响。模拟含有纯CER NS、CER NS + CHOL和CER NS + CHOL + FFA的系统，其中CER脂肪酸尾长在每种CER NS-CHOL-FFA组合物内变化。双层的厚度被发现取决于双层的中心，这是由于研究的脂质之间的尾长不对称的结构。脂质头基之间的氢键和水被发现与整体脂质组合物的变化，但大多是独立的CER脂肪酸尾长。脂质尾部的侧向堆积也存在细微差异，这是CER尾部长度的函数。总的来说，这些结果提供了对皮肤系统中实验观察到的屏障特性改变趋势的深入了解，其中存在更多具有较短尾部的神经酰胺。
2017-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Solvent-free coarse-grained lipid model for large-scale simulations
提出了一种由球形粒子和取向矢量组成的粗粒度分子模型，用于在大尺度上模拟脂质膜。溶剂隐含地由粒子之间的有效吸引相互作用表示。双层结构是由取向相关（倾斜和弯曲）的潜力。在该模型中，膜的性质（弯曲刚度，膜边缘的线张力，面积压缩模量，横向扩散系数，和翻转率）可以在很宽的范围内变化。通过液滴-囊泡转变研究了双层膜的稳定性。单层膜的自发曲率的增加可以引起双层膜的破裂和蠕虫状胶束的形成。
2010-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Cationic DMPC/DMTAP Lipid Bilayers: Molecular Dynamics Study
已知阳离子脂质膜与DNA形成紧密的复合物，并且在体外和体内都有效地作为基因递送剂。在这里，我们采用分子动力学模拟的详细原子的研究脂质双层组成的混合物的阳离子二肉豆蔻酰三甲基铵丙烷（DMTAP）和两性离子二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）。我们的主要目标是研究如何双层的组合物影响其结构和静电性能的液晶相。通过改变DMTAP的摩尔分数，我们已经发现，每个脂质的面积有一个显着的非单调依赖于DMTAP的浓度，最小值周围的点的等摩尔混合物。我们表明，这种行为有一个静电的起源，并驱动带正电荷的TAP头基和两性离子PC头之间的相互作用。这种相互作用导致PC头基随着DMTAP浓度的增加而发生相当大的重新取向，并引起脂双层静电性质的重大变化，包括整个双层的总偶极电位显着增加以及水的有序性的显着变化在膜附近。此外，氯反离子主要与PC氮结合，这意味着与TAP头部基团相比，Cl离子对PC头部的屏蔽更强。这些研究结果的影响进行了简要讨论。
2003-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Coarse-Grain Model for Lipid Bilayer Self-Assembly and Dynamics: Multiparticle Collision Description of the Solvent
提出了一种计算效率高的生物膜介观粗粒模型。它结合了分子动力学模拟的脂质，建模为弹性链的珠，与多粒子碰撞动力学的溶剂。观察到由脂质的均匀混合物形成的膜的自组装。在不同温度下的模拟表明，它再现了凝胶和液体相的脂质双层。在不同阶段的脂质扩散的调查显示，在很长一段时间内从亚扩散到正常扩散的交叉。宏观膜性能，如拉伸和弯曲弹性模量，直接从介观模拟确定。测定并分析了膜流的速度关联函数。
2012-04-27 cond-mat.soft
Fluctuations in lipid bilayers: Are they understood?
我们回顾了最近的起伏脂质双层的计算机模拟研究。这种波动膜的理论解释是最常见的广义Helfrich型弹性模型的基础上，与本地的“突起”和/或密度波动的额外贡献。这样的模型提供了一个很好的基础，在定量水平上描述流体相的无张力双层的波动。然而，发现这种描述对于凝胶相中的膜和经受高张力的膜是失败的。倾斜的凝胶膜的波动显示出调制的波纹结构，这是在流体和倾斜的凝胶状态之间的预过渡制度中观察到的附近的阶段的签名。这使得对介观长度尺度的定量分析变得复杂。在张力下的流体膜的情况下，大波长的波动模式被发现是显着软比理论预测。在后一种情况下，我们还解决了框架张力和波动张力之间的关系的一般问题，这在最近几年已经讨论了一些有争议的。对具有固定面积的非常简单的模型膜的模拟表明，波动应该由框架张力而不是由内部张力控制。
2013-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Undulation instability in a bilayer lipid membrane due to electric field interaction with lipid dipoles
双层脂质膜（BLM）是所有生物系统的重要组成部分，形成细胞和细胞器与周围环境的功能屏障。形成膜的脂质分子含有永久性和诱导性偶极，当横向场足够强时，电场可以诱导孔的形成（电穿孔）。在这里，一个现象学的自由能被构造来模拟BLM对横向静态电场的响应。该模型包含一个连续描述的膜偶极子和头群偶极子和膜倾斜之间的耦合。膜被发现变得不稳定，通过屈曲模式，这是弱耦合到膜的厚度波动。厚度波动，随着膜屈曲产生的界面面积的增加，增加了局部膜破裂的可能性，这可能导致孔的形成。的不稳定性被发现强烈依赖于偶极头基和膜倾斜之间的耦合的强度，以及偶极有序的程度在膜。
2010-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Nanoscale Substrate Roughness Hinders Domain Formation in Supported Lipid Bilayers
支撑脂质双层（SLB）是在固体基质表面形成的模型膜。这种结构使得膜实验上可用于研究其性质的表面敏感技术，包括原子力显微镜（AFM），光学荧光显微镜，石英晶体微量天平（QCM）和X射线/中子反射计，并允许与潜在的生物技术应用，如药物筛选设备的技术集成。实验技术通常决定底物的选择或处理，并且据传闻，某些底物适合于特定的实验，但底物的确切影响尚未得到全面研究。在这里，我们研究了一个简单的模型双层的行为，相分离的各种常用的基板，包括玻璃，云母，硅和石英，有显着不同的结果。在云母上观察到的明显的微米级结构域，与在自由浮动的巨单层囊泡（GUV）中观察到的那些相同，在玻璃和石英上减少到纳米级结构域。逮捕域形成的机制进行了研究，和最有可能的候选人是纳米级的表面粗糙度，作为一个小域的流体动力学运动相分离过程中的阻力。有证据表明，表面的物理化学性质具有介导作用，最有可能是由于表面和双层之间的润滑间隙水层的变化。
2019-11-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure and Electrical Properties of DNA Nanotubes Embedded in Lipid Bilayer Membranes
通过脂质双层膜工程化合成纳米孔以进入细胞内部是生物技术中长期存在的挑战。在这里，我们证明了基于瓦的6-螺旋DNA纳米管（DNT）嵌入POPC脂双层的稳定性和动力学使用0.2微秒长的平衡MD模拟轨迹的分析。我们观察到，靠近管腔的脂质分子的头部基团合作地向DNA的亲水性糖-磷酸骨架倾斜，并在膜中突出的DNT补丁周围形成环形结构。此外，我们探讨了离子浓度对脂质-DNT复合物的溶液结构和稳定性的影响。通过对恒电场MD模拟的跨膜离子电流的测量，得到了脂质膜中充水DNT腔的I-V特性。随着盐浓度的增加，多孔DNT管腔的跨膜离子电导的测量值从4.3 nS变化到20.6 nS。在孔的口处具有ssDNA和dsDNA突出端的DNT的模拟显示了门控效应，对于打开和关闭状态的纳米孔，跨膜离子电导率具有显著差异。
2017-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Motion of objects embedded in lipid bilayer membranes: advection and effective viscosity
提出了一种界面正则化的Stokeslet方案来预测嵌入流动脂质双层膜中的固体（例如蛋白质或凝胶相结构域）的运动。该方法提供了一种数值途径来计算复杂流场中的速度和角速度，这些流场不适合于简单的Faxén近似。此外，当施加到剪切运动，计算产生的有效表面粘度的稀刚体负载膜的预测。在圆柱形蛋白质的情况下，有效的粘度计算相比，从文献中的两个先前的分析预测。有效的粘度预测的棒状物体在膜中的稀悬浮液。
2019-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Elasticity and mechanical instability of charged lipid bilayers in ionic solutions
我们使用粗粒度的蒙特卡罗模拟来研究一价和五价反离子溶液中带电膜的弹性性质。两种情况下的仿真结果显示出相反的趋势。抗弯刚度和投影面积的增加与膜电荷密度为单价抗衡离子，而五价离子的减少。这些观察结果可能与脂质电荷的计数器筛选有关。而单价抗衡离子仅弱屏蔽库仑相互作用，这意味着排斥库仑系统，多价抗衡离子凝聚在膜上，并通过空间电荷相关性，使有效的相互作用，由于带电的脂质吸引。在一价和多价反溶液中的带电膜的弹性性质的差异反映在导致它们在高电荷密度下的机械不稳定性的机制中。在前一种情况下，膜开发孔，以减轻静电拉伸应力，而在后一种情况下，膜表现出大的波长弯曲不稳定性。
2014-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Limited Perturbation of a DPPC Bilayer by Fluorescent Lipid Probes: A Molecular Dynamics Study
脂质双层纳米尺度结构域的存在和性质对于理解活细胞的膜可能是重要的。我们使用分子动力学（MD）模拟研究扰动的一小块流体相DPPC双层掺入荧光吲哚羰花青脂质探针通常用于研究膜（二碘-C12：0，二碘-C18：0，或二碘-C18：2）。在每个小叶中每64个总脂质含有1个探针的模拟中，相对于纯DPPC双层，观察到最接近探针的溶剂化壳中的DPPC分子的链序降低8 - 12%。在接下来的三个壳中观察到链序增加约5%，导致平均DPPC链序总体略有增加。在每个小叶中每256个总脂质中有1个探针的模拟中，平均DPPC链顺序不受探针的影响。因此，这些DiI探针引起其局部环境的振荡扰动，但不会强烈影响甚至“纳米级”脂质相域的平均性质。
2011-05-31 cond-mat.soft
Water permeation through stratum corneum lipid bilayers from atomistic simulations
角质层是皮肤的最外层，由被多层脂质包围的角质填充的刚性非活性角质细胞组成。脂质层负责皮肤的屏障性质。我们计算过量的化学势和扩散系数的水作为一个功能的深度在脂质双层与角质层的组成代表使用原子分子动力学模拟。在脂质双层内的水的过剩自由能的最大值被发现是两倍的水在磷脂双层在相同的温度下。与磷脂双层相比，渗透性随自由能势垒呈指数下降，降低了几个数量级。水分子穿过双层所需的平均时间通过在存在自由能垒的情况下求解Smoluchowski方程来计算。在300 K下，对于神经酰胺NS、胆固醇和游离脂肪酸的摩尔比为2：2：1的双层膜，我们估计了渗透率P=3.7e-9 cm/s，平均通过时间τ_{av}=0.69 ms，比已有的哺乳动物皮肤切片实验结果小30倍。
2009-07-09 cond-mat.soft
Dependence of protein-induced lipid bilayer deformations on protein shape
膜蛋白通常使周围的脂质双层膜变形，这可以在膜蛋白的功能、调节和组织中发挥重要作用。膜弹性理论提供了一个美丽的描述蛋白质诱导的脂质双层变形，其中所有的物理参数可以直接从实验中确定。蛋白质诱导的脂质双层变形的膜弹性理论的分析处理主要集中在理想化的蛋白质形状与圆形截面，并与非圆形截面的蛋白质的微扰解。在这里，我们开发了一个边界值方法（BVM），允许建设非微扰的蛋白质诱导的脂质双层变形的非圆形蛋白质截面的解析解，为常数以及可变的边界条件沿双层蛋白质界面。我们将此BVM应用于蛋白质诱导的脂质双层厚度变形。我们的BVM再现可用的蛋白质与圆形截面和产量的解析解，蛋白质与非圆形截面，良好的协议与数值，有限元解。在此基础上，我们制定了一个简单的解析近似的双层厚度变形能与一般蛋白质的形状，并表明，适度偏离旋转对称性，这种解析近似是在良好的协议与BVM解决方案。使用BVM，我们调查蛋白质诱导的脂质双层厚度变形对蛋白质形状的依赖性，从而探索蛋白质形状和双层厚度变形的耦合如何影响蛋白质寡聚化和蛋白质构象状态的转变。
2022-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
pH Sensing by Lipids in Membranes: The Fundamentals of pH-driven Migration, Polarization and Deformations of Lipid Bilayer Assemblies
大多数生物分子含有调节其结构和相互作用的酸碱基团。结果是pH梯度、局部异质性和动态变化被细胞和生物体用来驱动或调节特定的生物功能，包括能量代谢、囊泡运输、迁移和发育中组织的空间模式。虽然pH值在蛋白质功能中的直接或调节作用已得到充分证明，但氢离子和氢氧根离子在调节脂质组装体（如双层膜）性质中的作用才刚刚开始被理解。在这里，我们回顾的方法，使用人工脂质囊泡，已有助于提供一个理解的pH梯度和局部变化对膜矢量运动过程的影响：迁移，膜曲率的影响，促进全球或局部变形，拥挤产生的分离极化过程。在pH值引起的局部变形的情况下，一个广泛的理论框架，并应用到一个特定的生物问题，即线粒体嵴的结构和稳定性，进行了描述。
2018-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Monolayer curvature stabilizes nanoscale raft domains in mixed lipid bilayers
根据脂筏假说，生物脂质膜是横向异质的，并且充满了纳米级有序的“筏”结构域，这些结构域被认为对膜中蛋白质的组织起重要作用。然而，稳定这种小木筏的机制尚不清楚，甚至有时它们的存在也受到质疑。在这里，我们报告的观测筏状结构的粗粒度的多组分脂质双层分子模型。在小尺度上，我们的膜分层成液体有序（lo）和液体无序（ld）相。在大尺度上，相分离被抑制，并在ld环境中让位于包含纳米尺寸lo域的微乳液型状态。此外，我们引入了一种机制，产生筏的有限大小的单层曲率和局部组成之间的耦合。我们发现，在LO和LD相的单分子膜的自发曲率之间的不匹配诱导弹性相互作用，这降低了LO和LD相之间的线张力，可以稳定筏域的特征尺寸为几个纳米的顺序。我们的研究结果表明，筏在多组分双层膜可能是密切相关的调制纹波相位在单组分双层膜。
2013-03-20 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
A Simple Computer Model for Liquid Lipid Bilayers
我们提出了一个简单的粗粒度珠和弹簧模型的脂质双层。该系统已被开发，以再现的主要（凝胶-液体）过渡的生物膜上的中间长度尺度的几个纳米，是非常有效的从计算的角度来看。对于溶剂环境，提出了两种不同的模型。第一种模型通过将脂质的头部限制在两个平行的平面中来迫使脂质形成双层。在第二个模型中，双层是稳定的周围气体的“幻影”溶剂珠，不相互作用。这个模型只需要比第一个稍微多一点的计算时间，同时保留了完整的膜的灵活性。我们计算了两种模型的液-凝胶相边界，发现它们非常相似。
2005-05-31 cond-mat.soft
Attractive Interaction between Fully Charged Lipid Bilayers in a Strongly-Confined Geometry
我们研究了在一价反离子存在下高电荷脂双层之间的相互作用。中子和X射线反射率实验表明，带相同电荷的双层之间的水层比两性离子脂质薄，表明双层之间存在违反直觉的静电吸引相互作用。这种吸引力可以通过考虑强耦合极限内抗衡离子之间的相关性来解释，这超出了经典的泊松-玻尔兹曼静电理论。我们的研究结果表明，在一个高度受限的几何形状的强耦合连续理论的限制，并与水介电常数的减少，由于表面电荷诱导的水分子的取向是一致的。
2019-11-07 cond-mat.soft
Main phase transition in lipid bilayers: phase coexistence and line tension in a soft, solvent-free, coarse-grained model
我们设计了一个软的，无溶剂的，粗粒度的模型脂双层膜。的非键合的相互作用采取的形式的加权密度泛函，这使我们能够描述的热力学的自组装和包装效果的粗粒珠的状态方程的密度扩展和加权函数，正则化的微观珠密度，分别。通过双层厚度和热能尺度kT识别长度和能量尺度，该模型定性地再现了关键特征（例如，抗弯刚度、单位脂质分子的面积和可压缩性）。我们利用这个模型来研究双层膜的液相和凝胶相之间的主要相变。我们准确地定位使用自由能计算的相共存，并获得估计的裸露和热力学线张力。
2010-02-10 cond-mat.soft
Effect of an electric field on a floating lipid bilayer: a neutron reflectivity study
本文用中子反射率法研究了交变电场对磷脂双层膜的影响。我们报告的第一次可重复的波动幅度增加，导致完全解绑的浮动双层。结果与负静电表面张力的半定量解释一致。
2006-11-07 cond-mat.soft
Atomistic picture of fluorescent probes with hydrocarbon tails in lipid bilayer membranes: an investigation of selective affinities and fluorescent anisotropies in different environmental phases
通过恢复到光谱学，可以监测荧光探针的生物环境的变化，并且可以检测周围脂质双层膜的各种相的存在。这项研究突出了重要的差异，在方向和位置，因此在效率之间的探针，当它们被用于荧光显微镜筛选各种脂质双层膜相。依赖于脂质的组成，两种探针的过渡态偶极矩和膜的法线之间的角度被发现明显偏离90°。可以看出，DiI-C18（5）探针位于SM：Chol混合物的头基区域，与水分子紧密接触。荧光各向异性研究还表明，与其他考虑的膜相比，DiI-C18（5）在SM：Chol膜中产生了独特的行为。对于所研究的BODIPY探针，还没有看到后一种行为，其位于膜的更深处。
2019-10-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Analytical derivation of lateral pressure profile from microscopic model of lipid bilayer
提出了一种场论方法，给出了双层类脂膜疏水核侧压力分布的解析表达式。在自洽的调和势中，将排斥周围熵邻体的脂质分子模拟为嵌在限制壁之间的柔性弦。在室温下，压力分布仅通过弦能量密度的算子的最低能量本征函数来表示。分析结果与分子动力学模拟相比较。该理论适用于研究蛋白质-脂质相互作用。
2005-01-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A planar lipid bilayer in an electric field: membrane instability, flow field and electrical impedance
对于许多生物技术应用，更好地理解电场对脂质膜产生的影响将是有用的。本文综述了在正常直流或交流电场中平面脂质膜及其周围电解质的静电性质的几个方面。在平面几何形状中，电动方程的分析可以进行得相当远，允许解析地表征德拜层中的电荷积累的稳态和动态，这是由电场的应用引起的。对于在一个外加直流电场的导电膜，我们表征的弹性模量的修正，膜波动不稳定性的外观和相关的流量是建立在膜附近。对于在一个应用的AC电场中的膜，我们解析地从基本的电动力学方程推导出阻抗。我们讨论了不同的相关影响，由于膜的电导率或由于体扩散系数的离子。特别感兴趣的是膜仅对一种类型的离子具有选择性导电性的情况。这些结果，及其未来的扩展，应该是有用的阻抗谱数据的解释，用于表征，例如，离子通道嵌入在平面双层。
2011-02-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spatially Resolving the Condensing Effect of Cholesterol in Lipid Bilayers
研究了胆固醇对二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）磷脂双层结构的影响。使用原子分辨率的广泛的分子动力学计算机模拟，我们观察和量化胆固醇含量增加后的几个结构变化，统称为冷凝效应：双层增厚，增加脂质尾序，并减少横向面积。我们还观察到瓣叶交错排列的变化以及DPPC头群方向分布的缺乏。这些结果，获得了广泛的胆固醇摩尔分数，然后被用来校准分析的磷脂性质的双层含有一个单一的胆固醇分子，每个小叶，我们在空间分辨的方式进行。我们发现，一个单一的胆固醇分子影响磷脂在其第一和第二溶剂化壳，这使得这种相互作用的范围是在一到两个纳米的顺序。我们还观察到磷脂倾向于将其极性头部基团朝向胆固醇，这为双层组织的伞形模型提供了额外的支持。
2018-06-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamic Morphologies and Stability of Droplet Interface Bilayers
我们开发了一个理论框架，了解动态形态和液滴界面双层（DIBs）的稳定性，占在单层和双层的脂质动力学，和液滴蒸发由于渗透压和拉普拉斯压力之间的不平衡。我们的理论定量描述了实验中观察到的不同途径时，DIBs变得不稳定。我们发现，当脂质解吸的时间尺度是缓慢的液滴蒸发相比，脂质双层将增长和液滴接近半球形。相反，当脂质解吸快速时，双层区域将收缩并且液滴最终分离。我们的模型还表明，存在一个临界尺寸，低于该尺寸，DIB不能稳定，这可以解释实验中难以验证DIB平台的原因。
2018-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Investigating Lipid Bilayer Self-Assembly and Formation of Ripple Phase: Insights from a Coarse-Grained Implicit Solvent Model
本文采用三珠刚性棒状脂质的粗粒化隐式溶剂模型，复现双层自组装并揭示分子刚性对波纹相Pbeta形成的关键作用。
2023-12-12 cond-mat.soft
Au Nanoparticles in Lipid Bilayers: a Comparison between Atomistic and Coarse Grained Models
带电的，配体保护的金属纳米粒子和模型脂质膜之间的相互作用的计算研究最近已解决在原子和粗粒度的水平。在这里，我们比较了三个版本的粗粒度马提尼力场在描述纳米粒子膜相互作用的性能。这三个粗粒度的模型在处理长程静电相互作用和水的极化率方面有所不同。NP-膜相互作用包括从亚稳态NP-膜复合物（其中NP仅部分嵌入膜中）到NP锚定到两个膜小叶的构型的转变。所有这三个粗粒度的模型提供了一个描述的亚稳态NP-膜复合物是一致的，使用原子力场。对于锚定跃迁，极化水Martini正确地描述了跃迁的分子机制和能量学。相反，标准版本的Martini模型低估了锚定的自由能势垒，并且没有完全捕获过渡过程中涉及的膜变形。
2017-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
A vesicle microrheometer for high-throughput viscosity measurements of lipid and polymer membranes
本研究提出一种基于巨型单层囊泡瞬态变形的膜粘度测量新方法，可无创高通量检测多种脂质和聚合物膜粘度，发现不同膜体系的流变特性差异及膜极化对粘度的调控作用。
2021-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
