Permeation through a lamellar stack of lipid mixtures
我们研究材料的传输和渗透通过一个层状堆叠的多组分脂质膜进行蒙特卡罗模拟的堆叠的二维伊辛模型中存在的渗透。在该模型中，透过物通过在垂直方向上相互连接的面内脂质簇通过堆叠运输。这些簇是由脂质混合物的浓度波动瞬时形成的，并且渗透过程受到影响，特别是接近二元混合物的临界温度。我们发现，渗透率指数衰减的温度和渗透的横向尺寸的函数，而对特征等待时间的依赖性服从拉伸指数函数。通过这种脂质簇的物质运输可以在生理温度附近受到显著影响。
2017-11-28 cond-mat.soft
The critical pressure for microfiltration of oil-in-water emulsions using slotted-pore membranes
通过数值求解纳维-斯托克斯方程，研究了几何参数和流体性质对微油滴渗透到狭缝孔中的临界压力的影响。我们考虑一个长槽孔，这是部分阻塞的油滴，但允许有限的渗透通量。从力平衡模型获得临界渗透压力的分析估计，该力平衡模型涉及来自液滴周围的流动的拖曳力和表面张力力以及孔内的压力变化。结果表明，临界压力随油水粘度比、表面张力系数、接触角和液滴半径的变化规律与理论预测吻合较好。结果表明，临界渗透压力与表面张力系数呈线性关系，当粘度比或液滴半径足够大时，临界渗透压力接近饱和。这些研究结果是非常重要的优化设计和提高性能的微滤系统与槽孔。
2018-05-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Ion-induced transient potential fluctuations facilitate pore formation and cation transport through lipid membranes
通过脂质膜的无辅助离子转运在许多细胞功能中起着至关重要的作用，没有这些功能，生命就不可能存在，但由于其分子复杂性，该过程背后的确切机制仍然未知。在这里，我们证明了膜电位波动和二价离子运输之间的直接联系。高通量宽场二次谐波（SH）显微镜显示，膜电位波动普遍存在于脂质双层系统。分子动力学模拟表明，这种膜电位的变化降低了瞬时孔形成的自由能成本，并增加了穿过开放孔的离子通量。这些瞬时孔可以充当离子传输的导管，我们对通过GUV膜的一系列二价阳离子（Cu $^{2+}$、Ca $^{2+}$、Ba $^{2+}$、Mg $^{2+}$）进行SH成像。结合实验和计算结果，我们表明，通过离子诱导的静电场形成的孔隙渗透是一个可行的机制，无辅助离子传输。
2022-07-22 cond-mat.soft physics.chem-ph
A methodology of quantifying membrane permeability based on returning probability theory and molecular dynamics simulation
本研究重构返回概率理论结合分子动力学模拟量化膜通透性，在乙醇与甲胺渗透实验中验证了方法的可靠性，并揭示了乙醇渗透性浓度依赖性更强的微观机制。
2024-06-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Modeling Diffusion and Permeation Across the Stratum Corneum Lipid Barrier
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本研究通过分子动力学模拟分析了角质层脂质屏障中丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和水的渗透机制，揭示了能量屏障主导渗透过程，并为室内空气化学模型提供了分子级参数约束。
2025-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
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
pH-dependent water permeability switching and its memory in 1T' MoS$_2$ membranes
本文发现 1T' MoS$_2$ 膜的水和离子渗透具有 pH 依赖的滞后记忆效应，渗透速率可切换数个数量级，并展示了其在伤口感染监测和纳滤中的应用潜力。
2023-01-24 cond-mat.soft
Desalination Performance of Nano porous Mos$_2$ Membrane on Different Salts of Saline Water: A Molecular Dynamics Study
本研究通过分子动力学方法，探讨了纳米多孔Mos$_2$膜在不同盐水脱盐中的性能，发现其水渗透率随孔径和压力增加而提高，但离子截留率有所下降，为海水淡化提供了高效节能的潜在解决方案。
2023-11-26 cond-mat.soft
Transport in polymer membranes beyond linear response: Controlling permselectivity by the driving force
在流行的溶液-扩散图中，膜渗透性被定义为在线性响应状态下膜内渗透溶质的分配比和扩散率的乘积，即，处于平衡状态然而，具有实际重要性的是由外力驱动的跨膜转运体的通量。在这里，我们研究了非平衡膜渗透编排由一个统一的外部驱动场分子计算机模拟和连续（Smoluchowski）理论在稳态。在模拟中，我们明确地解决了渗透剂的运输通过有限的单体分辨聚合物网络，解决单组分渗透剂系统和混合物。我们介绍和讨论可能的定义的非平衡，力依赖的渗透性，代表“系统”和“膜”的渗透性。特别是，我们提出了第一次定义的微分磁导率响应的力。我们证明，后者原来是显着的非线性低渗透系统，导致大量的选择性渗透率，称为“渗透选择性”，是可调的驱动力。我们的连续水平的分析解决方案表现出显着的定性协议与渗透剂和聚合物解决的模拟，从而使我们能够表征渗透率和稳态传输超出线性响应水平的基本机制。
2021-06-10 cond-mat.soft
Membrane separation study for methane-hydrogen gas mixtures by molecular simulations
直接模拟结果的静态气体传输通过纯硅沸石膜（MFI，LTA和DDR类型），提出了使用混合，非平衡分子动力学模拟方法最近推出。所研究的CH $_{4}$和H $_{2}$气体的分子间势模型取自文献。对于不同的沸石，使用相同的原子（Si和O）相互作用参数，并根据它们的真实（MFI，LTA或DDR）晶体结构构建膜。通过进行平衡吸附模拟并将计算结果与实验吸附等温线的数据进行比较，测试了所施加的电位参数的现实性质。在25 ℃和125 ℃，2.5、5或10巴下进行的输运模拟结果清楚地表明，CH $_{4}$的渗透选择性高于纯组分的相应渗透率比，并且与混合物吸附的平衡选择性显著不同。我们只在一个病例中经历了有利于CH $_{4}$的转运选择性。不同类型的选择性数据之间的较大差异可归因于膜中组分的不同迁移率、它们对膜的负载的依赖性以及气体分子的不同吸附偏好。
2017-06-22 cond-mat.soft
Impact of Cholesterol on Voids in Phospholipid Membranes
自由体积袋或空隙对于细胞膜中的许多生物过程是重要的。自由体积波动是脂质和其他大分子在脂质双层中扩散的先决条件。小溶质穿过膜的渗透以及溶质在膜内部的扩散是空隙及其性质起核心作用的现象的进一步实例。胆固醇被认为通过改变膜的自由体积性质来改变膜的结构和功能。利用原子分子动力学模拟研究了胆固醇对二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）双层膜中空穴性质的影响。我们发现，增加胆固醇浓度减少了双层中自由体积的总量。胆固醇对单个空隙的影响在胆固醇分子的类固醇环结构所在的区域中最为突出。在这里，胆固醇含量的增加减少了空隙的数量，完全消除了胆固醇分子大小的空隙。空隙也变得更加细长。在纯DPPC中观察到的空隙的宽取向分布，与30%摩尔浓度的胆固醇，由沿双层法线取向的分布所取代是有利的。我们的研究结果表明，而不是被均匀分布到整个双层，这些影响是本地化的胆固醇分子附近。
2004-08-17 cond-mat.soft
Precise and ultrafast molecular sieving through graphene oxide membranes
人们对石墨烯基材料的过滤和分离性能非常感兴趣，这些材料可以具有明确的纳米孔并在其中表现出低摩擦水流。在这里，我们研究通过氧化石墨烯层压板的分子渗透。它们在干燥状态下是真空密封的，但如果浸入水中，则充当分子筛，阻挡水合半径大于4.5 A的所有溶质。较小的离子渗透通过膜，阻抗很小，比扩散机制快许多数量级。我们通过一个纳米胶囊网络来解释这种行为，该网络在水合状态下开放，并且只接受适合的物种。小盐的超快分离归因于“离子海绵”效应，其导致石墨烯毛细管内的高度浓缩的盐溶液。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Membrane Charge Effects on Solute Transport in Polyamide Membranes
本文利用分子动力学模拟研究不同pH下COO⁻与NH₂⁺电荷浓度及官能团分布对聚酰胺纳滤膜离子输运和截留的影响，揭示了电荷相互作用与空间位阻机制。
2025-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Insights on the mechanism of water-alcohol separation in multilayer graphene oxide membranes: entropic versus enthalpic factors
实验证据表明，氧化石墨烯（GO）可以是不可渗透的液体，蒸汽和气体，而它允许水分子的快速渗透。对过滤机制的理解主要来自于对水脱盐的研究，而很少有人致力于蒸馏酒精。在这项工作中，我们已经调查了分子水平的机制，乙醇/水分离内GO膜。通过一系列分子动力学和巨正则蒙特卡罗模拟研究了乙醇/水和甲醇/水通过由具有不同层间距值和含氧官能团数目的多层石墨烯基片组成的GO膜的分离。我们的结果表明，尺寸排阻和膜亲和性不足以解释的选择性。除此之外，GO 2D通道内形成稳固氢键网络的有利水分子排列和快速水扩散对于有效分离机制至关重要。换句话说，分离现象不仅受与膜的亲和力（亲合力机制）支配，而且主要受几何和尺寸因素（熵机制）支配。我们验证了具有最佳层间距的二维几何通道是设计更有效的醇-水分离膜的关键因素。我们的研究结果与现有的实验数据是一致的，并有助于澄清在GO膜中的受限醇/水的分离行为的重要方面。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Decoupling support-dependent transport profiles from molecular water motion
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；DWI - Leibniz Institute for Interactive Materials e.V（德国互动材料莱布尼茨研究所）
本研究通过NEMD模拟PEGDA膜，发现不同支撑约束虽产生显著不同的压力与浓度剖面，但分子水动力学几乎不变，表明仅凭剖面不足以判定传输机制，水运动以随机扩散为主。
2026-09-22 cond-mat.soft
Liquid-liquid displacement in slippery liquid-infused membranes (SLIMs)
受光滑的液体注入多孔表面（SLIPS）启发的液体注入膜最近已被引入膜技术。这些膜的门控机制预计会产生抗污染性能和多相传输能力。然而，尚未探索输注液体的长期保留。为了解决这个问题，我们研究了通过液-液置换孔隙率测定法（LLDP）实验结合微观观察的位移机制的输液液体在光滑的液体输液膜（SLIMs）的保留。我们的研究结果表明，孔隙将打开对应的毛细管压力，导致优先流动路径的水运输。LLDP结果进一步表明SLIM中存在液体内衬孔。利用界面孔隙流模型对这一假设进行了理论分析。研究发现，在多孔介质中，非混相驱替模式与毛细管指进相对应。利用多孔介质中两相流的相关物理理论，证实了SLIM的渗透机理。为了在实验上观察液-液置换，设计了一种模拟多孔介质的微流控芯片，观察到了一种高度分枝的结构，其中捕获了输注液体。剩余的注入液体以池、桥和薄膜的形式保留在芯片中的柱结构周围，这进一步证实了液体衬里。分形维数分析，随着流体（非润湿相）饱和度的评价，进一步证实，分形图案对应于毛细管指进，这是符合的侵入渗流与捕获（IPT）模型。
2018-04-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the transport of CO$_2$ through humidified facilitated transport membranes
本研究结合实验与从头算分子动力学模拟，揭示了水在CO$_2$通过聚乙烯醇基促进传递膜传递中的关键作用，发现低含水量下传递最快且无水时不发生传递。
2023-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Molecular signatures of pressure-induced phase transitions in a lipid bilayer
研究通过分子动力学模拟揭示了脂双层在压力下的相变特征，发现gauche分数是判断相变的关键指标，并展示了模拟对实验研究的补充作用。
2026-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
