Condensate-mediated shape transformations of cellular membranes by capillary forces
University of Cologne（科隆大学）；Humboldt University of Berlin（柏林洪堡大学）；University of Warwick（华威大学）；Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie（莱布尼兹分子药理学研究所）；Institute for Integrated Research, Institute of Science Tokyo（东京科学大学综合研究学院）；Graduate School and Faculty of Medicine, The University of Tokyo（东京大学医学部及研究生院）；Bilkent University（比尔肯特大学）
研究揭示凝聚物介导的毛细力如何驱动细胞膜形态变化，通过活体显微成像、体外重组系统和弹性膜模型，发现高表面张力促进稳定膜片形成，而管状和杯状结构在低表面张力下更常见，揭示了形态转变的滞后效应。
2026-03-16 cond-mat.soft
Fluctuation mediated interactions due to rigidity mismatch and their effect on miscibility of lipid mixtures in multicomponent membranes
我们考虑如何膜的波动可以修改的脂质混合物的可溶解性，也就是说，如何修改的边界约束膜的相图时，膜被允许自由波动的情况下，零表面张力。为了使波动产生影响，不同的脂质类型必须具有不同的高斯刚性。我们发现，有点矛盾，波动引起的相互作用可以近似地处理在平均场型理论。我们的计算预测，根据不同的弯曲和高斯刚性的脂质，膜波动可以有利于或不利于混合。
2014-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Membrane-mediated force transduction: Stick-slip motion of vesicles with fluid membranes
本文研究了内力如何通过流体膜转导为运动，通过开发由旋转磁场驱动铁磁粒子的脂质囊泡最小系统，揭示了膜弹性、过剩面积和相共存等对力转导效率及囊泡粘滑运动的调控机制。
2025-07-10 cond-mat.soft
Bilayer-thickness-mediated interactions between integral membrane proteins
完整膜蛋白和周围脂质双层之间的疏水厚度失配可产生脂质双层厚度变形。实验和理论已经表明，蛋白质诱导的脂质双层厚度变形可以产生能量上有利的双层介导的整合膜蛋白之间的相互作用，以及整合膜蛋白大规模组织成细胞膜中的蛋白质簇。在膜的连续弹性理论中，蛋白质引起的双层厚度变形的能量成本可以通过考虑双层疏水核心的压缩和膨胀、膜张力和双层弯曲来捕获，从而导致描述给定的一组双层-蛋白质边界条件的脂质双层的形状的双调和平衡方程。在这里，我们开发了一个相结合的分析和数值方法与蛋白质诱导的脂质双层变形的平衡弹性方程的解决方案。我们的方法允许精确预测厚度介导的蛋白质相互作用的任意蛋白质对称性在任意蛋白质分离和相对取向。我们提供了精确的解析解圆柱形的完整的膜蛋白质与恒定和变化的疏水厚度，并开发微扰的非圆柱形蛋白质形状的解析解。我们补充这些解析解，并评估其准确性，通过开发有限元和有限差分数值解方案。两者合计，这里提出的工作到位的分析和数值框架，允许计算的双层介导的弹性相互作用的完整的膜蛋白的结构生物学所建议的复杂的蛋白质形状和在小的蛋白质分离最相关的拥挤的膜环境提供的活细胞之间的相互作用。
2016-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Formation of protein-mediated tubes is governed by a snapthrough transition
质膜管普遍存在于细胞膜和细胞内细胞器的膜中。它们在运输、离子运输和细胞运动中起着至关重要的作用。质膜管的形成可能是由于作用在膜上的局部力或由膜结合蛋白诱导的曲率。在这里，我们提出了一个数学框架来模拟蛋白质诱导各向异性自发曲率形成的圆柱形管状突起。我们的分析表明，管半径取决于一个有效的张力，其中包括从裸膜张力和蛋白质诱导的曲率的贡献。我们还发现，管的长度经历了一个突然的过渡，从一个短的，圆顶形的膜长圆柱体，这种过渡是一个突变的不稳定性的特点。最后，我们表明，突变不稳定性取决于不同的参数，包括涂层面积，弯曲模量，和蛋白质诱导的曲率的程度。我们的研究结果表明，由于BAR结构域蛋白的过程中，如内吞作用，在肌细胞中的t-小管形成，和嵴形成线粒体管的形成。
2022-06-08 cond-mat.soft
Membrane-mediated protein-protein interaction: A Monte Carlo study
我们使用粗粒度模型研究跨膜蛋白之间的膜介导的相互作用。我们比较了两种蛋白质之间的平均力（PMF）的有效潜力，它们总是平行于模拟盒的z轴对齐，与那些具有波动方向的蛋白质获得的PMF。的PMFs是由振荡包装驱动的贡献和一个光滑的吸引力的疏水性失配的贡献，如果蛋白质的疏水长度匹配的膜的厚度消失占主导地位。如果允许蛋白质方向波动，则与具有固定方向的蛋白质相比，振荡大大减少。此外，疏水错配相互作用具有较小的范围。最后，我们比较了两个蛋白质周围的二维厚度分布与两个耦合单层的弹性理论的预测，并发现它们非常吻合。
2012-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane tension is a key determinant of bud morphology in clathrin-mediated endocytosis
在网格蛋白介导的内吞作用（CME）中，网格蛋白和各种衔接蛋白包被一片质膜，这片质膜被重塑以形成出芽囊泡。实验研究表明，膜张力升高可以抑制芽形成的网格蛋白外套。在这项研究中，我们研究了膜张力的影响，通过模拟网格蛋白外套，无论是增长面积或逐步诱导更大的曲率的膜出芽的力学。在低膜张力下，逐渐增加曲率生成涂层的面积导致膜从平坦形态平滑地演变为出芽形态，而膜在高膜张力下保持基本平坦。有趣的是，在生理学相关的中间膜张力下，膜的形状演变经历突变不稳定性，其中增加的被毛面积导致膜从开放的U形芽“突变”为闭合的$Ω$形芽。这种不稳定性伴随着一个大的能量屏障，如果额外的涂层的结合能不足以克服这个障碍，这可能会导致一个发展中的内吞坑停止。对于恒定面积的涂层，发现了类似的结果，其中自发曲率逐渐增加。此外，芽上的拉力，模拟肌动蛋白聚合的力，足以驱动从开放到闭合的芽的转变，克服与这种转变相反的能量屏障。
2016-04-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Indirect interactions of membrane-adsorbed cylinders
生物和仿生膜通常含有嵌入或吸附的大分子的聚集体。本文从理论上研究了圆柱形物体与平板薄膜的间接相互作用。圆柱体的粘附引起平衡膜形状的局部扰动，这导致膜介导的相互作用。对于横向张力下的平面膜，相互作用是排斥的一对圆柱体粘附到膜的同一侧，和吸引的圆柱体粘附在相对的膜侧。对于外简谐势中的膜，吸附柱之间的相互作用总是吸引的，并且当垂直于膜的力作用在柱上时，吸附柱之间的相互作用增大。
2003-11-05 cond-mat.soft q-bio.SC
Like-charge polymer-membrane complexation mediated by multivalent cations: one-loop-dressed strong coupling theory
我们探测静电机制驱动的聚电解质吸附到带相同电荷的膜后，加入三价和四价的抗衡离子的洗澡单价盐溶液。我们发展了一个单圈强耦合理论，将一价盐在静电单圈水平和多价抗衡离子在一个强耦合的方法。结果表明，介导同电荷吸附的多价反离子的粘附力来自它们在带电膜上的强烈凝聚。由此产生的界面抗衡过剩局部地最大化电解质的屏蔽能力，并最小化静电聚合物巨势。这转化为吸引力，将聚合物拉向类似电荷的膜。我们表明，高的反价，使这种吸附过渡，即使在弱电荷的膜。此外，强带电的膜引起盐诱导的相关性，并加强界面多价反离子缩合，加强聚合物与带相同电荷的膜的络合作用，以及触发分子的取向转变之前，其吸附。最后，我们的理论提供了两个额外的关键功能，如以前的吸附实验所证明的：第一，聚合物吸附的临界counterweight浓度随counterweight价的上升而下降，第二，单价盐的加入增强了膜电荷的筛选，抑制了盐的相关性。这削弱了界面多价反离子的凝聚，并导致聚合物从基底上脱附。
2019-05-10 cond-mat.soft
Vesiculation mechanisms mediated by anisotropic proteins
内吞作用是细胞内转运大分子（货物）和膜蛋白的重要生物学过程。在酵母细胞中，这涉及膜上管状结构的内陷和内吞囊泡的形成。Bin/Amphiphysin/Rvs（BAR）蛋白保持新月形形状，通常被认为是挤压管状结构并通过在管状膜的侧面上形成支架而夹断囊泡的主动参与者。在这里，我们使用扩展的Helfrich模型，从理论上研究BAR蛋白如何通过产生各向异性曲率来帮助驱动囊泡的形成。我们的研究结果表明，在经典的Helfrich模型，增加自发曲率在一个管状膜的一侧是无法减少管半径到一个临界尺寸，以诱导膜裂变。然而，用产生各向异性曲率的蛋白质涂覆的膜易于经历沙漏形颈缩或管形颈缩过程，这是导致膜分裂和囊泡形成的重要步骤。此外，我们的研究表明，取决于由蛋白质产生的各向异性曲率的类型，保持蛋白质包被膜在管状形状的力表现出与自发曲率的定性不同的关系。这一结果为确定蛋白质各向异性曲率的类型提供了实验指导。
2022-11-17 cond-mat.soft
Lipid membrane-mediated attractions between curvature inducing objects
膜蛋白的相互作用对于许多生物过程至关重要，例如细胞运输、细胞分裂和神经细胞之间的信号转导。理论上的考虑导致了这样的想法，即膜本身介导蛋白质自组织在这些过程中，通过最小化膜曲率能量。在这里，我们提出了一个相结合的实验和数值研究中，我们直接量化这些相互作用的第一次。在我们的实验模型系统中，我们通过粘附胶体颗粒来控制脂质膜的变形。使用共聚焦显微镜，我们建立了这些膜变形导致一个有吸引力的相互作用力，导致可逆的结合。吸引力延伸超过2.5倍的颗粒直径，并且具有三倍于热能（-3.3 kT）的强度。系统的粗粒度蒙特卡罗模拟与实验结果非常吻合，并证明了测量的相互作用与长度尺度无关。我们的实验和数值计算结果相结合，揭示了膜曲率作为一个共同的物理起源之间的相互作用的任何膜变形的对象，从纳米大小的蛋白质到微米大小的颗粒。
2016-11-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Statistical thermodynamics of membrane bending mediated protein-protein attraction
整合膜蛋白使周围的双分子层变形，产生影响远处蛋白质的长程力。这些力可以是吸引力或排斥力，取决于蛋白质的形状、高度、与双层的接触角以及局部膜曲率。虽然相互作用能不是成对加和的，但对于足够低的蛋白质密度，热力学性质仅取决于对相互作用。在这里，我们计算对相互作用的潜力和熵的贡献的二维渗透压的非环状蛋白质的集合。与直接的短程相互作用如范德华、疏水或静电相互作用相反，局部膜高斯曲率和蛋白质椭圆率都可以在两个蛋白质之间诱导吸引力，距离可达它们典型半径的十倍。对于平坦的膜，弯曲刚度的$\sim 30k_{B}T$，和适度的椭圆，我们发现热平均吸引力的相互作用顺序$\sim 2k_{B}T$。这些相互作用可能在蛋白质聚集的中间阶段发挥重要作用。
2000-01-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Microparticle assembly pathways on lipid membranes
了解微粒和脂质膜之间的相互作用越来越重要，特别是对于揭示微塑料对我们健康和环境的影响。在这里，我们研究如何一个短程的微粒和模型脂膜之间的粘附力导致膜介导的颗粒组装。使用共聚焦显微镜，我们观察到最初的颗粒附着在膜上，然后颗粒包裹，并在罕见的情况下自发的膜tuberance。在附着状态下，我们测量到粒子迁移率降低了26%。如果多个粒子附着在同一个囊泡上，它们最初的单粒子状态决定了它们的相互作用和随后的组装途径：1）当小的粘附囊泡存在于溶液中时，附着的颗粒仅聚集，2）包裹的颗粒通过膜变形可逆地相互吸引，和3）包裹的和附着的颗粒的组合形成膜介导的二聚体，其进一步组装成各种复杂结构。仅由短程膜-颗粒粘附诱导的不同组装途径的实验观察表明，微粒聚集不需要细胞骨架或其他活性组分。我们认为，这种膜介导的微粒聚集是背后的聚合物微粒在生物体中的保留时间长的报道的原因。
2017-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multiscale approaches to protein-mediated interactions between membranes - Relating microscopic and macroscopic dynamics in radially growing adhesions
导致两个或更多个细胞膜偶联的大分子络合是细胞的许多生物功能中的关键步骤。虽然其他机制也可能发挥作用，但粘附总是涉及可变形膜的波动，蛋白质的扩散以及分子结合和解结合。由于这些随机过程耦合在众多的时间和长度尺度，膜粘附的理论建模一直是一个重大的挑战。在这里，我们提出了一个有效的Monte Carlo计划内的膜的影响被集成到本地的分子识别率。在蒙特卡洛方法的后一步，使我们能够模拟成核和生长的粘附域在一个系统的细胞的大小为几十秒，而不损失的准确性，如所示的比较$10^6$倍更昂贵的朗之万模拟。为了进行这种验证，Langevin方法被增强以明确地模拟蛋白质的扩散，以及反应动力学和膜动力学。我们使用Monte Carlo方案获得更深入的了解实验观察到的微米尺寸的粘附域的径向生长，并连接域的增长到底层的微观事件的有效速率。因此，我们证明，我们的技术产生详细的信息，蛋白质转运和膜中的络合，这是一个基本的一步，了解更复杂的膜相互作用的细胞环境。
2015-03-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane-mediated repulsion between gramicidin pores
我们研究了作为肽/脂质比的函数的抗微生物肽短杆菌肽形成的含有孔的两性离子脂质1，2-二月桂酰-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱的高度对齐的多层膜的X射线散射信号。我们能够获得的孔隙流体的结构因子的信息，然后产生的双层的平面中的孔隙之间的相互作用潜力。除了一个硬核的半径接近孔的几何半径，我们发现了一个排斥指数脂质介导的相互作用，衰减长度为2.5 μ m，振幅随孔浓度的增加而减小，与疏水匹配假设一致。在稀体系中，这种相互作用的接触值约为30 k $_B$ T。对于插入由非离子表面活性剂五乙二醇单十二烷基醚形成的双层内的短杆菌肽孔，获得了类似的结果。
2015-04-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multiscale Decoupling in Peptide-Membrane Interactions: From Elastic Softening to Domain-Mediated Stiffening
Bhabha Atomic Research Centre（巴巴原子研究中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国家研究所）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Shiv Nadar Institution of Eminence（希夫·纳达尔卓越机构）
本研究通过多种中子散射技术发现，抗菌肽aurein对膜力学性质的影响取决于膜组成：在DMPC中引起渐进软化，在含PG的膜中先软化后硬化，并揭示分子扩散与集体刚度在多尺度上的解耦。
2026-10-08 cond-mat.soft
Membrane-Mediated Interactions Between Nonspherical Elastic Particles
本文研究非球形弹性囊泡穿过脂质双分子层膜的包裹行为，利用Helfrich哈密顿量等理论方法预测了颗粒柔软度对包裹状态稳定性的影响，以及自由膜介导的颗粒间吸引或排斥相互作用，为靶向药物递送等医疗应用提供指导。
2022-11-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane morphologies induced by mixtures of arc-shaped particles with opposite curvature
生物膜由各种蛋白质形成，这些蛋白质产生向内或向外的膜曲率。在这篇文章中，我们研究了膜形态诱导的混合物的弧形颗粒粗粒度建模和模拟。颗粒以其向内的凹侧或其向外的凸侧结合到膜上，并且因此产生相反符号的膜曲率。我们发现，小部分的凸结合颗粒可以稳定膜小管的三通路口，建议在内质网的细胞蛋白lunapark。对于可比分数的凹结合和凸结合的颗粒，我们观察到线的颗粒相同类型，和不同的膜形态与凹槽和凸起引起的这些颗粒线。粒子的排列和分离是由间接的膜介导的相互作用驱动的。
2020-04-02 cond-mat.soft q-bio.SC
Signatures of protein structure in the cooperative gating of mechanosensitive ion channels
膜蛋白使周围的脂质双分子层变形，这可以导致相邻蛋白质之间的膜介导的相互作用。使用机械敏感通道的大电导（MscL）作为一个模型系统，我们展示了所观察到的蛋白质结构的差异如何影响膜介导的相互作用和膜蛋白之间的协同性。我们发现，不同的寡聚状态的MscL导致不同的网关状态的MscL的聚类，并预测签名的MscL的结构和空间组织的MscL的合作门控。我们的建模方法建立了观察到的形状和膜蛋白的合作功能之间的定量关系。
2016-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Application of a Free Energy Landscape Approach to Study Tension Dependent Bilayer Tubulation Mediated by Curvature Inducing Proteins
我们采用蒙特卡罗模拟结合Widom插入技术计算过量化学势，研究了蛋白质诱导的脂双层膜在连续框架内的扭曲现象。当膜结合蛋白的密度和曲率场强度超过其各自的阈值时，自发形成管状形态，并且这种转变的特征在于过量化学势的急剧下降。我们发现，平面到管状的过渡可以描述的胶束模型和相应的自由能垒增加的曲率场强度，（即蛋白质-膜相互作用），并与膜张力的增加。
2015-10-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Receptor-Mediated Endocytosis of a Cylindrical Nanoparticle in the Presence of Cytoskeleton Substrate
细胞对颗粒的内化对于吸收营养和抵抗感染起着至关重要的作用。内吞作用是颗粒物摄取的重要机制之一，它包括多种途径。虽然内吞作用是一个复杂的机制，涉及生物化学信号和主动力的产生，能量的成本与包裹在外来颗粒周围的细胞膜的大变形是一个重要的因素控制这个过程，这可以使用定量物理模型进行研究。特别令人感兴趣的是膜-细胞骨架和膜-靶粘附之间的竞争。在这里，我们探讨了一个长圆柱形物体周围的脂质膜的包装在模仿细胞骨架的基板的存在下。使用离散化的Helfrich弹性能量，占膜的弯曲刚度和表面张力，我们得到一个包装相图作为一个功能的膜细胞骨架和膜靶粘附能，包括未包装，部分包装和完全包装状态。我们提供了一个分析表达式的不同制度之间的边界。虽然向部分包裹的过渡与膜张力无关，但向完全包裹的过渡受膜张力的影响很大。我们还表明，目标包装可能会进行在一个不对称的方式在全包装制度。
2019-03-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Shear-driven instabilities of membrane tubes and dynamin-induced scission
受动力因子介导的膜管分裂机理的启发，我们分析了流体膜管在方位向剪切流作用下的稳定性。我们发现了一种新的螺旋不稳定性驱动的膜剪切流的非平衡稳定状态的管波动的结果。这种不稳定性在动力蛋白作用下生理上可达到的剪切速率下开始，并且也可以使用膜纳米管上的体外实验来探测，例如使用磁性镊子。我们将讨论如何这样的不稳定性可能发挥作用的机制，动力蛋白介导的膜管裂变。
2020-06-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of particle uptake at cell membranes
受体介导的内吞作用要求粘附能克服质膜的变形能。由此产生的驱动力是平衡的耗散力，导致确定性的动力学方程。虽然自由膜的形状对张力膜和松散膜不起重要作用，但在中间状态下，它导致重要的能量势垒。在这里，我们表明，这种障碍是类似的，但不同于有效的线张力，并提出了一个简单的解析近似，然后，我们探讨了丰富的动态摄取不同形状的粒子，并提出相应的动态状态图。我们还扩展了我们的模型，包括随机波动，这有利于吸收，并导致相应的变化的相图。
2019-10-25 cond-mat.soft q-bio.SC
Conformational switching of chiral colloidal rafts regulates raft-raft attractions and repulsions
膜介导的颗粒相互作用取决于颗粒本身的性质和它们悬浮的膜环境。实验表明，手性棒状夹杂物溶解在相反的手性胶体膜组装成胶体筏，这是有限大小的可重构液滴组成的一个大的，但精确定义的棒的数量。在这里，我们系统地调整手性的背景膜，并发现在非手性限制胶体筏获得从根本上新的结构特性和相互作用。特别是，筏可以在两个手性相反的状态之间切换，这极大地改变了膜介导的筏筏相互作用的性质。具有相同手性的筏具有长距离排斥，而具有相反手性的筏获得具有明确定义的最小吸引力。吸引力和排斥力的相互作用解释了一个连续模型，占膜的厚度和局部倾斜的组成杆之间的耦合。这些可切换的相互作用使组装成复杂的高阶结构的胶体筏与不寻常的对称性，包括稳定的四聚体集群和“离子微晶”的反扭曲域上组织的二进制正方形晶格。此外，单个筏的性质，如它们的大小，是由它们与其他筏的复合控制的。这些复杂的行为的出现可以合理化纯粹的通用耦合的棒状元素的流体的成分和取向顺序。因此，未揭示的原则可能与传统的脂质双层有关，其中高阶结构的组装也由复杂的膜介导的相互作用介导。
2019-02-09 cond-mat.soft
Phase Separation on Deformable Membranes: interplay of mechanical coupling and dynamic surface geometry
本文研究了膜结合相分离蛋白质中膜介导的长程相互作用对蛋白质密度分布稳态的影响，通过数值求解和线性稳定性分析发现该相互作用能定性地改变蛋白质平衡态，导致受阻粗化和长度尺度选择，从而在原本不形成图案的系统中引发图案形成。
2025-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Electromediated formation of DNA complexes with cell membranes and its consequences for gene delivery
电穿孔是诱导真核细胞和组织摄取治疗药物和DNA的物理方法。电介导的膜透化质粒DNA背后的现象已被证明是显着更复杂的比那些小分子。小分子通过扩散穿过透化膜，而质粒DNA首先与细胞表面的电透化部分相互作用，形成局部聚集体。这个过程的动力学仍然知之甚少，因为直接观测仅限于秒级。在这里，细胞在质粒DNA的存在下进行电透化，并以2 ms的时间分辨率进行监测。这使我们能够表明，在第一次脉冲应用期间，质粒复合物或聚集体开始在细胞膜上的不同位点形成。FRAP的测量表明，这些网站的位置是显着的固定在进一步的脉冲的应用。提出了一个理论模型来解释不同的相互作用位点的出现，DNA的数量增加，也导致他们的不动性的尝试性解释电介导的基因传递的成功。
2011-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Formation of dilute adhesion domains driven by weak elasticity-mediated interactions
细胞-细胞粘附通过受体和配体蛋白的特异性结合来建立。粘附键相互吸引，并经常聚集成许多生物过程的中心的大簇。粘合键之间的吸引力相互作用的一个可能的起源是膜对它们由键引起的变形的弹性响应。在这里，我们分析这些弹性介导的相互作用，使用一种新的平均场方法。在不同的键密度，$ϕ$，系统的分析表明，相图显示出一个几乎普遍的行为时，温度$T$绘制与缩放密度$x=ϕξ^2$，其中$ξ$是膜的区域受单键的线性尺寸。临界点$(ϕ_c,T_c)$位于非常低的密度和略低于$T_c$，我们确定两个低密度相之间的相共存。只有当键使膜变形的高度$h_0$远大于它们的热粗糙度$Δ$时，才能观察到致密域，热粗糙度$Δ$发生在非常低的温度$T\ll T_c$。我们的结论是，弹性介导的相互作用是弱的，不能被视为负责形成致密的粘附域。弹性介导效应的弱性及其与稀释体系的相关性仅可归因于膜的弹性能在半稀释状态下饱和的事实，此时键$r\gtrsim ξ$之间的典型间距，即，对于$x\lesssim 1$。因此，在更高的密度下，只有键的混合熵（有利于均匀分布）是化学相关的。我们讨论了我们的研究结果的免疫突触形成的问题的影响，并证明弹性介导的相互作用可能参与这些半稀释膜域的聚集。
2016-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Field-mediated interactions of passive and conformation-active particles: multibody and retardation effects
软物质中的粒子通常通过它们所产生的变形场相互作用，如“cheerios”效应或膜蛋白的曲率介导的相互作用。使用一个简单的模型，被动粒子，或主动粒子的构象随机或同步开关之间的场介导的相互作用，我们得出关于多体相互作用，活动驱动的模式，和阻滞效应的通用结果。
2021-12-28 cond-mat.soft
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
Directional interactions and cooperativity between mechanosensitive membrane proteins
虽然现代结构生物学为我们提供了丰富多样的膜蛋白图片，膜蛋白的生物学功能往往是由周围的脂质双层的机械性能的影响。在这里，我们探索膜蛋白的形状和膜蛋白的弹性相互作用引起的膜蛋白的合作功能之间的关系。对于机械敏感离子通道的实验模型系统，我们发现，弹性相互作用的符号和强度取决于蛋白质的形状，产生不同的蛋白质取向不同的合作门控曲线。我们的方法预测了定向弹性相互作用如何影响拥挤膜中蛋白质的分子结构，组织和生物功能。
2013-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Hierarchical organization of chiral rafts in colloidal membranes
液-液相分离普遍存在于纳米颗粒、蛋白质和胶体的悬浮液中。除了少数显著的例外，在散装悬浮液中的表面张力最小化的液滴连续聚结，尺寸无限制地增加，直到实现宏观尺度的相分离。相比之下，胶体、纳米颗粒或蛋白质局限于界面、表面或膜的相行为要复杂得多。夹杂物扭曲了局部界面结构，导致与各向同性溶剂介导的充分研究的相互作用根本不同的相互作用。在这里，我们研究液-液相分离单层膜组成的不同手性胶体棒。我们证明了胶体筏是一个普遍存在的二元胶体膜的功能。我们测量筏自由能景观可视化其组装动力学。随后，我们量化排斥筏筏相互作用，并将它们直接成像筏引起的膜扭曲，表明粒子手性在这种微相分离中起着关键作用。在高密度下，筏组装成簇晶体，不断与背景水库交换单体棒，以保持自限的大小。最后，我们证明了筏可以形成键组装成更高阶的超结构。我们的工作表明，膜介导的液-液相分离可以从根本上不同于大量液体的良好表征的行为。它概述了一个强大的膜为基础的途径组装单分散液团簇，这是补充现有的方法发生在散装悬浮液。最后，它揭示了手性夹杂物在膜获得长程排斥相互作用，这可能会发挥作用，在稳定组装的有限大小。
2014-09-09 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
Point-like inclusion interactions in tubular membranes
我们分析研究膜介导的相互作用包埋在一个管状膜。我们模型夹杂物耦合到膜管的曲率张量的约束。首先，作为特殊的测试情况，我们分析了环形和棒状夹杂之间的相互作用。利用蒙特卡罗模拟，我们进一步展示了点状夹杂物如何相互作用形成线性聚集体。我们的研究结果表明，根据硬核半径的夹杂物，它们排列成线或环，以全局最小化膜的曲率能量。
2016-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure, dynamics and phase behavior of short rod inclusions dissolved in a colloidal membrane
溶解在各向异性准二维膜中的包裹体获得了新的相互作用类型，可以驱动复杂结构和图案的组装。我们研究了由长杆和短杆的二元混合物组成的胶体膜，使得长杆与短杆的长度比约为2。在非常低的体积分数下，短杆通过强烈锚定到膜聚合物界面而溶解在长杆的膜中。在更高的分数，溶解的短杆相分离的背景膜，创建一个复合结构的双层液滴富含短杆共存的背景单层膜。这些结果表明，胶体膜作为一个通用的平台，用于组装软材料，同时提供了新的见解普遍膜介导的相互作用。
2019-06-15 cond-mat.soft
Dynamics of orientational ordering in fluid membranes
我们研究流体膜中取向相序的动力学。通过数值模拟，我们发现了一个异常缓慢的粗化的拓扑纹理，这是有限的膜曲率的亚扩散传播。取向相关长度$ξ$的增长在后期服从$ξ\propto t^w$与$w < 1/4$的幂律。我们还讨论了缺陷配置文件和相关模式的远程交互介导的曲率弹性。
2002-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ion channels in critical membranes: clustering, cooperativity, and memory effects
本文提出状态依赖性脂质亲和力统一解释离子通道的聚集、协同性与滞后现象，并通过临界膜模型揭示脂筏驱动的长程相互作用和电流记忆效应。
2024-01-22 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Volume and porosity thermal regulation in lipid mesophases by coupling mobile ligands to soft membranes
短的DNA接头越来越多地被用于驱动布朗物体的特定自组装。DNA功能化的胶体可以组装成具有定制形态的有序或无定形材料。最近，同样的方法已被应用于顺应性单位，包括乳液液滴和脂质囊泡。这些基底的液体结构引入了新的自由度：系链可以扩散和重新排列，从根本上改变相互作用的物理性质。与液滴不同，囊泡极易变形，DNA介导的粘附会导致显著的形状调整。我们研究实验的热响应的对和网络的DNA-拴系的脂质体和观察两个有趣的和可能有用的集体性质：负热膨胀和可调孔隙率的脂质体网络。一个模型提供了一个彻底的理解这一意想不到的现象的开发，解释了新兴的性能之间的相互作用的温度依赖性的变形的囊泡和DNA介导的粘附力。
2015-01-09 cond-mat.soft
Dynamin recruitment by clathrin coats: a physical step?
最近的结构研究表明，发动蛋白，胞质溶胶蛋白发挥关键作用，网格蛋白介导的内吞作用，插入部分脂质双层内，并倾向于自组装周围的脂小管。考虑到这些观察，我们假设，个别膜插入动力印记局部圆柱曲率的膜。该印记可引起由膜的弹性介导的长程机械力。计算所产生的多体之间的相互作用的集合插入的动力蛋白和膜芽，我们发现一个政权，其中的动力蛋白弹性招募芽形成一个衣领周围的脖子，这是让人想起的实际过程抢占囊泡断裂。因此，这种物理机制可能暗示在招募发动蛋白的网格蛋白外套。
2003-01-15 cond-mat.soft q-bio
Attractive asymmetric inclusions in elastic membranes under tension: cluster phases and membrane invaginations
上下不对称的夹杂物使弹性膜产生局部的自发曲率。当它们中的几个被插入同一个膜时，它们感受到由膜介导的有效力，既有弹性又有熵的性质。继Dommersnes和Fournier在消失的紧张局势的情况下[Eur。Phys.J.B12，9（1999）]，并且还使用伪分析胶束化理论，我们导出了当它们也受到附加的短程吸引相互作用时不对称包体组装体的统计力学。我们的主要结论是，一般来说，当膜处于张力下时，这些夹杂物在平衡状态下以小簇的形式存在，导致局部膜内陷。我们还提出了一种新的曲率诱导的分层机制：当夹杂物施加相反符号的局部曲率共存时，它们往往在现实条件下在不同的集群分层。这项工作具有潜在的影响，在生物脂质双层中嵌入的蛋白质的热力学的背景下。
2013-07-30 cond-mat.soft
Non-additivity in many-body interactions between membrane-deforming spheres increases disorder
该研究利用受限胶体球实验结合数值模拟，首次证实膜介导相互作用的非加性会影响颗粒相互作用与排布，随颗粒数增加有序度下降、扩散性升高，最终形成类液体有序聚集体。
2024-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Direct measurement of DNA-mediated adhesion between lipid bilayers
可变形介观单元之间的多价相互作用在生物学中是普遍存在的，其中膜大分子介导相邻活细胞之间以及细胞与固体基质之间的相互作用。最近，类似的人工材料已经通过用选择性接头，特别是短DNA序列官能化顺应性布朗单元（例如乳液液滴和脂质囊泡）的外表面来合成。这一发展扩大了DNA作为选择性胶水的适用范围，最初适用于固体纳米和胶体颗粒。在非常可变形的脂质囊泡上，多价相互作用的统计效应和膜的机械变形之间的耦合引起复杂的涌现行为，正如我们最近所证明的[Parolini et al.，Nature Communications，2015，6，5948]。在这些系统中观察到的复杂现象学的几个方面仍然缺乏定量的实验表征和基本的理解。在这里，我们专注于DNA介导的多价相互作用的一个单一的脂质体粘附到一个平坦的支持双层。这种简化的几何形状使得能够估计由作用于脂质体的DNA介导的粘附力引起的膜张力。我们的实验研究完成了形态学测量和表征的DNA熔融过渡，探测原位福斯特共振能量转移光谱。实验结果进行了比较与分析理论的预测，耦合的囊泡的变形的移动连接器的统计力学的完整描述。最多只有一个拟合参数，我们的理论能够半定量地匹配实验数据，确认基本假设的质量。
2015-04-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Architecture and Function of Mechanosensitive Membrane Protein Lattices
实验表明，膜蛋白可以形成具有规则的平移和定向蛋白质排列的二维簇，这可能允许细胞调节蛋白质功能。然而，产生超分子组织和集体功能的膜蛋白的物理机制仍然在很大程度上未知。在这里，我们表明，双层介导的膜蛋白之间的弹性相互作用可以产生规则和独特的蛋白质簇的晶格结构，并可能提供晶格结构和晶格功能之间的联系。以大电导机械敏感通道（MscL）为模型系统，得到了MscL的形状与超分子结构之间的关系。我们预测，在以前的结构研究中观察到的四聚体和五聚体MscL对称性产生不同的晶格结构的MscL集群，反过来，这些不同的MscL晶格结构产生不同的晶格激活障碍。我们的结果表明了连接蛋白质对称性、膜蛋白簇的晶格结构和膜蛋白晶格的集体功能的一般物理机制。
2016-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Budding and vesiculation induced by conical membrane inclusions
脂质双层中的圆锥形内含物产生膜的总体自发曲率，其取决于内含物的浓度和几何形状。例子是完整的和附着的膜蛋白，病毒和脂质结构域。我们提出了一个分析模型来研究出芽和囊泡的脂双层膜，这是基于膜的弯曲能和平移熵的夹杂物。如果夹杂物被放置在具有相似曲率半径的膜上，则它们的排斥性膜介导的相互作用被屏蔽。因此，对于高内含物密度，内含物聚集，诱导芽形成，并最终形成囊泡。已经与弯曲能量单独我们的模型允许预测芽半径。然而，在内含物诱导单个大囊泡分裂成两个较小囊泡的情况下，仅弯曲能就预测较小囊泡具有不同的尺寸，而平移熵有利于形成相等尺寸的囊泡。我们的结果与最近的计算机模拟吻合得很好。
2009-10-16 cond-mat.soft
Timescales of Cell Membrane Fusion Mediated by SARS-CoV2 Spike Protein and its Receptor ACE2
在这篇手稿中，我们描述了调查的SARS-CoV 2膜融合时间尺度的小角中子散射（SANS）使用氢/氘对比度的变化。在成功生产病毒样囊泡和人类宿主细胞样囊泡之后，我们能够实时跟踪各自囊泡的融合。这是使用氘代和质子化磷脂的囊泡中的中子对比度匹配的溶剂。除了存在或不存在SARS-CoV 2刺突蛋白外，囊泡是相同的。在所有情况下，人类宿主细胞样囊泡都携带ACE 2受体蛋白。在不存在刺突蛋白的情况下，观察到数小时内的融合，与文献一致，时间常数为4.5小时。相比之下，没有时间的演变，但立即融合的囊泡时，刺突蛋白的存在。这两个数字，融合超过几个小时和融合低于10秒，对应于刺突蛋白的存在或不存在，允许病毒样囊泡与SARS-CoV 2刺突蛋白的融合时间的上限估计为10秒。这种非常快的融合，与没有刺突蛋白的情况相比，是2500倍，也有助于解释为什么SARS-CoV 2感染如此有效和快速。使用我们的方法研究刺突蛋白变体可以解释SARS-CoV 2菌株之间的传播性差异。此外，这里开发的模型可以潜在地应用于任何包膜病毒。
2023-03-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Fluctuation induced attraction between adhesion sites of supported membranes
我们使用标度参数和粗粒度的蒙特卡罗模拟来研究波动介导的双层膜和支撑表面的一对粘附位点之间的相互作用。我们发现平均力势是一个无限长的吸引势，它随对距$r$：$ϕ(\vec{r})/k_BT=c\ln r$而增长，其中常数$c=2$和$c=1$分别适用于无应力和有应力的膜.当除了排除体积排斥之外，膜还通过高度依赖的吸引势与下面的表面相互作用时，在大的对距离处屏蔽势$ϕ(\vec{r})$。
2010-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Coarse grained molecular simulations of membrane adhesion domains
我们使用粗粒的支持脂质双层分子模型来研究粘附域的形成。我们发现，这一过程是一个一阶相变，触发的组合成对的短程吸引力之间的相互作用的粘附键和多体Casimir的相互作用，介导的膜的热波动。模拟结果显示了良好的协议与最近提出的威尔-Farago 2D晶格模型，其中占据和空的网站分别代表，粘附键和未结合的膜段。第二个相变，到六角相，观察到的粘合键之间的吸引力进一步加强时。
2014-06-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Modeling membrane morphological change during autophagosome formation
自噬是一种由自噬体从头形成介导的细胞内降解过程。自噬体的形成涉及动态的形态变化;盘状膜池生长，弯曲成杯状结构，最后发展成球形自噬体。我们已经构建了一个理论模型，集成了膜的形态变化和熵分区的假定曲率发生器，我们已经用来调查自噬体的形成过程定量。我们发现，膜曲率和分布的曲率发生器稳定的磁盘和杯形的中间结构在自噬体的形成，这是定量一致的体内观察。这些结果表明，各种自噬蛋白与膜曲率传感性能控制形态变化，通过稳定这些中间结构。我们的模型为理解自噬体的形成提供了一个框架。
2020-09-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluctuations of the Casimir-like force between two membrane inclusions
虽然卡西米尔力与它们的涨落是分不开的，但人们对软物质系统中的这些涨落知之甚少。我们使用膜应力张量来研究膜介导的类Casimir力的波动。这种方法使我们能够恢复两个夹杂物之间的Casimir力，并计算其方差。我们证明了Casimir力是由它的涨落决定的。此外，当夹杂物之间的距离d从无穷大减小时，卡西米尔力的方差减小为-1/d^2。这种距离依赖性与卡西米尔力本身有着共同的物理起源。
2010-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Interaction of Conical Membrane Inclusions: Effect of Lateral Tension
考虑到两个刚性圆锥形夹杂物嵌入在受到横向张力的膜，我们研究了这些夹杂物之间的膜介导的相互作用，起源于帽形膜变形与锥体。在非零的横向张力，相互作用被发现依赖于相对于膜平面的圆锥体的取向。相同取向的夹杂物之间的相互作用在它们之间的所有距离上都是排斥的，而相反取向的夹杂物在较小的距离上相互排斥，但在较大的距离上相互吸引。排斥力和吸引力都随着横向张力的增加而变强。这与在相同的静态模型基础上对侧向张力消失的情况所作的预测不同。在没有张力的情况下，夹杂物在任何距离上都相互排斥，而与它们的相对取向无关。我们的结论是，横向张力可能会导致圆锥形膜内含物的聚集。
1998-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Assembly pathways of anisotropic lipid membrane-deforming colloids
Leiden University（莱顿大学）；Max Planck Institute of Colloids and Interfaces（马克斯·普朗克胶体与界面研究所）
研究各向异性脂质膜变形胶体的组装途径，结合实验与数值计算，分析多种形状胶体通过膜变形的相互作用，发现其组装规律及能量障碍影响，揭示相关原理，为膜变形蛋白等行为提供新见解。
2026-07-14 cond-mat.soft
Effective Attraction Interactions between Like-charge Macroions Bound to Binary Fluid Lipid Membranes
利用积分方程理论的液体二元混合流体脂质膜，我们研究了膜介导的大离子之间的相互作用和中性和带电的脂质由于结合大离子的重新分配。我们发现，当结合大离子浓度无限稀释时，对大离子间吸引势的主要贡献是膜中性脂与带电脂之间的线张力，而桥连效应也对吸引力有贡献。随着带电脂质的相对浓度的增加，我们观察到一个排斥-吸引-排斥的潜在转变，由于脂质的线张力和屏蔽静电大离子-大离子相互作用之间的竞争。对于有限浓度的大离子，吸引的主要特征类似于无限稀释的情况。然而，由于形成带电脂质-大离子复合物的相互作用，在这种情况下，由单个大离子诱导的重新分布的二元脂质的线张力降低，并且吸引势的最大值将向带电脂质浓度的较高值移动。
2006-11-04 cond-mat.soft
Cellular wrapping of elastic particles by a supported lipid membrane
Université Paris Cité, CNRS, Institut Jacques Monod（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，雅克·莫诺研究所）；Institut Curie, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS UMR168（居里研究所，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心联合研究实验室）；Department of Physics, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS)（基础科学研究高级学院物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文学系）
研究揭示了弹性粒子被细胞膜包裹过程中，颗粒柔性和膜-颗粒粘附力对包裹过程的影响，以及刚性对膜突起形成的作用，揭示了吞噬过程中的选择性行为。
2026-01-06 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
