Mechanics of non-planar membranes with force-dipole activity
研究了活性膜蛋白如何改变流体膜的长波长力学。蛋白质的活性被建模为通过非局部力分布干扰蛋白质周围环境，其中力偶极分布是最简单的例子。的解析表达式，描述了如何修改的活动的膜表面的力平衡方程得到的形式的力矩扩展的力分布。该表达允许进一步研究非平面膜的活性的后果。特别是对机械性能的积极贡献，如张力和弯矩变得明显。它还解释了如何活动可以诱导膜中的活性蛋白质之间的流体动力学吸引力。
2006-08-11 cond-mat.soft
Cell mechanics and signalisation: SARS-CoV-2 hijacks membrane liquid crystals and cytoskeletal fractal topology
我们强调病毒入侵（SARS-CoV-2）下的细胞信号转导的变化，涉及膜和纳米结构域的干扰，由细胞骨架调制。病毒改变膜的机械性质，损害由肌动球蛋白引发的分形结构介导的中间相结构。
2021-07-15 cond-mat.soft q-bio.CB
Statistical Mechanics of Membrane Protein Conformation: A Homopolymer Model
利用巨正则系综方法，采用均聚物模型研究了膜蛋白的构象和相图。我们讨论的性质和途径的$α$ -螺旋整合到膜的结果取决于膜的渗透性和聚合物的吸附性。对于渗透率大于某一临界值的膜，积分变为二级转变，其发生温度与吸附转变的温度相同。对于非吸附膜，由于$α$ -螺旋的聚集，积分为一级。
1998-07-01 cond-mat.soft q-bio
Probing lipid membrane bending mechanics using gold nanorod tracking
由于热波动，脂质双层膜经历波长从几十纳米到几十微米的快速弯曲波动。在这里，我们探测这样的波动和膜的力学通过测量随时间变化的取向的单个金纳米棒（GNRs）粘附到膜，使用高速暗场显微镜。在脂质囊泡中，这样的测量允许确定膜的粘度、弯曲刚度和张力以及单层在彼此上滑动的摩擦系数。面内旋转的GNR阻碍了波动的膜张力依赖的方式，与模拟一致。粘附在活的培养细胞的质膜上的单个GNRs的运动类似地揭示了该膜的复杂物理学和与细胞的肌动球蛋白皮质的耦合。
2021-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Statistical mechanics of an elastically pinned membrane: Static profile and correlations
热波动与自由膜机械响应之间的关系已在理论和实验上进行了详细的探索。然而，理解这种关系的膜，局部钉蛋白质，是明显更具挑战性。考虑到膜与细胞骨架、细胞外基质和其他内部结构的偶联对于许多细胞过程的调节至关重要，理解钉扎的作用具有极大的意义。在这份手稿中，我们认为一个单一的蛋白质（弹性弹簧的有限休息长度）钉在膜建模的蒙赫规范。首先，我们确定系统的格林$'$函数，并通过计算平面波展开的模式耦合系数和正交波动模式来补充这种方法，进而构建一套用于钉扎膜的数值和分析研究的工具。此外，我们探讨静态相关的自由和固定膜，以及膜的形状，表明这三个是相互依存的，并具有相同的长程行为特征的相关长度。有趣的是，后者显示出作为膜张力的函数的非单调行为。重要的是，利用这些关系允许实验测定的弹性参数的钉扎。最后但并非最不重要的是，我们计算了两个钉扎位点之间的相互作用势，并表明，即使在没有膜变形，钉扎将受到吸引力，由于膜波动的变化。
2019-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Composition variation and underdamped mechanics near membrane proteins and coats
我们研究了膜蛋白对周围膜的形状、组成和热力学稳定性的影响。当膜组成和曲率之间的耦合足够强时，附近的组成和形状都经历了从过阻尼到欠阻尼空间变化的过渡，早在膜在本体中变得不稳定之前。这种转变与热力学能量的符号变化有关，因此具有不寻常的特征，即它可以有利于囊泡形成（出芽）所需的外套组装的早期阶段，同时抑制机械敏感性膜通道和转运蛋白的活性。我们的研究结果还提出了一种方法来获得物理参数，否则难以测量。
2015-02-14 cond-mat.soft q-bio.SC
Statistical mechanics of the flexural Ising model in $D$ dimensions
针对嵌入高维空间的弹性晶格 Ising 模型，本文用 $\varepsilon=4-D$ 重整化群分析自旋—弹性耦合，证明二维膜在三维空间中该耦合在长波长下相关。
2024-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical mechanics of an elastically pinned membrane: Equilibrium dynamics and power spectrum
在生物环境中，膜通常与外部的其他膜或细胞外基质以及内部细胞结构如细胞骨架局部相互作用。这种相互作用的动态特性的表征提出了一项艰巨的任务。通过模拟和实验已经取得了显着的进展，但分析的进展，在建模钉扎膜一直受到阻碍的复杂性的控制方程。在这里，我们规避这些困难，通过分析计算的时间相关的格林函数的运营商管理的动态的弹性钉扎膜在流体动力学环境和外力。这使我们能够计算的平衡功率谱密度的过阻尼膜钉的弹性，永久性连接的弹簧受到热激励。通过考虑有限的实验分辨率对测量光谱的影响，我们表明，钉扎的弹性可以从实验测量光谱中提取。因此，膜波动可以被用作探测底层结构的机械性质的工具。这种工具在细胞力学的背景下可能特别相关，其中可以测量膜附着到细胞骨架的弹性。
2018-06-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
The Statistical Mechanics of Membranes
二维扩展物体膜的涨落是一个丰富而令人兴奋的领域，有许多坚实的结果和广泛的开放问题。我们回顾了不同的普遍性类膜，由当地秩序，和相关的相图。在讨论了膜的几个物理例子之后，我们转向结晶（或聚合）膜的物理学，其中单个单体是刚性结合的。我们讨论的相图，特别注意的依赖程度的自我回避和各向异性。在每一种情况下，我们审查和讨论的临界指数和其他关键观测的分析，数值和实验预测。特别强调的是从重整化群ε-膨胀得到的结果。由此产生的重整化群流和不动点图示。执行实际计算所需的全部技术细节见附录。然后，我们转向讨论的作用，拓扑缺陷的解放导致六角和流体的普遍性类。最后，我们将得出结论，并讨论未来有希望的开放方向。
2000-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
Flexoelectricity and the Entropic Force between Fluctuating Fluid Membranes
生物膜在生理温度下经历明显的热波动。当两个膜彼此接近时，它们阻碍另一个膜的平面外波动。这种阻碍导致膜之间的熵排斥力，其与由于其他来源的吸引力和排斥力相互作用，影响一系列生物功能：细胞粘附、膜融合、自组装、结合-解结合转变等。在这项工作中，我们认识到的事实，即生物膜不是纯粹的机械实体，由于挠曲电现象，表现出变形和电极化的强度之间的耦合。随之而来的耦合力学-静电学-统计力学问题是分析上难以解决的。我们使用变分微扰法分析，在封闭的形式，两个波动膜之间的熵力的贡献，并讨论其可能的物理意义。我们发现，flexoelectricity导致一个校正，开关从一个增强的吸引力，在密切的膜分离和增强的排斥力时，膜进一步分开。
2021-03-12 cond-mat.soft
Statistical Mechanics of Integral Membrane Protein Assembly
在膜整合蛋白（IMP）的合成过程中，多肽序列中的疏水氨基酸大部分被分配到膜内部，亲水氨基酸大部分被分配到水外部。我们分析的最低自由能状态的多肽序列划分成α-螺旋跨膜（TM）段和热波动的作用，使用多体统计力学模型。结果表明，IMP TM片段划分与蛋白质折叠的一般理论具有重要的特征。对于随机多肽序列，在室温下的最小自由能状态的特征在于具有非常长的弛豫时间的TM片段的数目的波动。简单的组装场景不会产生唯一数量的TM段，并且干扰现象会干扰段的放置。对于对应于IMP的序列，具有野生型片段数的最小自由能结构由于能谱中的异常间隙而没有数量波动，并且简单的组装方案产生这种结构。存在随机点突变的阈值数目，超过该阈值数目，该缺口的大小减小，使得野生型基态不稳定并且数目波动再次出现。
2009-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Pattern formation and the mechanics of a motor-driven filamentous system confined by rigid membranes
本文利用粗粒化分子动力学模型，揭示了耗尽力与马达主动力竞争导致肌动蛋白在刚性膜附近积累并形成高阶结构，且该现象具有普适性。
2023-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
A Twist On Active Membranes: Odd Mechanics, Spontaneous Flows and Shape Instabilities
本文研究活性流体膜的手性应力贡献，发现其引发切向流动和形状不稳定性，由活性 Scriven-Love 数控制，适用于亚细胞到组织水平的生物系统。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Statistical mechanics of specular reflections from fluctuating membranes and interfaces
本文研究了在几何光学极限下，当光散射离开处于热力学平衡的起伏界面和薄膜时，镜面反射点的密度。我们专注于在两个维度的热力学平衡的毛细重力界面（其特征在于由表面张力）和流体膜（由弯曲刚度控制）的统计力学。Berry，Nye，Longuet-Higgins等人的工作的基础上，我们表明，镜面反射点的统计是完全由三个基本的长度尺度，即相关长度$ξ$，微观长度尺度$\ell$和界面或膜的整体尺寸$L$的特征。通过结合数值模拟的标度分析，我们证实了存在的标度律的镜面反射点，$n_{spec}$，在两个维度上的密度，由$n_{spec}\propto\ell^{-1}$在限制薄波动界面的界面厚度$\ell\llξ_I$。因此，镜面反射的密度发散的波动界面在消失的厚度的限制，并显示界面毛细重力相关长度$ξ_I$上没有依赖性。虽然在张力下的流体膜在$n_{spec}\propto\left(ξ_M\ell\right)^{-1/2}$中也表现出发散，但是在这种情况下，镜面反射的数量可以通过减小膜相关长度$ξ_{M}$来增加。
2018-08-27 cond-mat.soft
The mechanics and thermodynamics of tubule formation in biological membranes
膜微管化是一个普遍存在的过程，发生在质膜和细胞内细胞器的膜上。已知这些微管事件是由施加在膜上的力介导的，所述力是由于马达蛋白、细胞骨架的聚合或由于结合到膜上的膜蛋白之间的相互作用而引起的。管形成的大量实验观测已得到相关膜力学的数学建模的充分支持，并提供了深入了解膜管的力-位移关系。最近的进展，在定量生物物理测量的膜蛋白质相互作用和小管形成有必要在建模，将占多个方面的相互作用，同时发生的需要。在这里，我们提出了一个全面的审查小管形成的实验观察，并提供从连续建模框架的背景。最后，我们探讨了在这一领域的未来研究的范围，重点是迭代建模和实验测量，这将使我们能够扩大我们的细胞中的tuberculosis过程的机械理解。
2020-12-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Modeling Transport and Mechanics in Anion Exchange Membranes to Optimize Continuous CO2 Separations
Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本研究开发了Fumasep FAA-3-50阴离子交换膜的水传质与机械变形瞬态有限元模型，对比不同耦合形式验证了机械耦合的作用，为优化CO₂分离用膜提供了关键框架。
2026-10-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Mechanics of nematic membranes: Euler-Lagrange equations, Noether charges, stress, torque and boundary conditions of the surface Frank nematic field
在变分框架下，研究了柔性液晶膜的力学行为。从导致形状膜变化的局部变形中得到向列相的展曲、扭曲和弯曲能的变化。欧拉-拉格朗日导数和Noether电荷被识别的变分方程。作为平移不变性的结果，得到了双曲应力张量。同样地，旋转不变性意味着力矩张量。相应的边界条件，获得了自由边缘的开放膜配置。这些结果构成了各向异性膜的广义弹性理论的基础。在具有轴对称的旋转表面上，可以观察到一些相关的结果。
2020-03-26 cond-mat.soft math-ph math.MP
Mechanical stress induced by the polymerisation of an active gel near a surface
Institut Curie, PSL Research University, CNRS UMR 168（居里研究所，PSL研究大学，CNRS联合研究单位168）
研究细胞膜下细胞质骨架中肌动蛋白流动引起的机械应力机制，通过流体动力学模型分析凝胶压缩性、界面摩擦和肌动蛋白周转对膜应力的影响，确定线性不稳定性条件。
2026-05-12 cond-mat.soft q-bio.SC
Budded membrane microdomains as regulators for cellular tension
我们提出了一种机制，在活细胞膜的机械调节，基于细胞膜和膜水库之间的膜面积的交换。储库由内陷的膜微区组成，随着膜应变的增加，这些微区容易变平，从而有效地控制膜张力。我们发现，域形状的过渡是一阶的，允许平面和内陷域之间的共存。在共存期间，膜张力由畴弹性和形状转变的动力学控制。我们表明，活细胞的质膜的张力是固有的瞬态和动态的，和有价值的见解的细胞膜的组织可以通过研究机械扰动后的细胞膜张力的变化。
2005-09-19 cond-mat.soft q-bio.SC
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
Single-cell unroofing: probing topology and nanomechanics of native membranes
细胞膜将细胞内部与外部环境隔开。它们由各种脂质构成;它们的组成决定了膜蛋白的动态并影响细胞的适应能力。尽管模型膜的研究可以理解脂质之间的相互作用和整体力学，但对天然膜中的这些性质知之甚少。为了结合天然膜的拓扑结构和纳米力学分析，我设计了一种方法来研究从各种单细胞中分离的质膜。选择五种细胞类型并进行测试，揭示了20%的膜厚度变化。我探测了隔离膜对水的阻力，发现它们的线张力和扩散压力。这些结果表明，从神经元分离的膜比脑癌细胞膜更硬，扩散性更低。这种方法提供了直接的定量见解天然细胞膜的力学。
2018-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Active Particles Destabilize Passive Membranes
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本文研究了活性颗粒与被动柔性膜的相互作用，通过解析活性颗粒施加的压力，发现其降低了膜张力和弯曲模量，并引入了新的非局部贡献。理论预测了由活动引起的不稳定性，并与近期的实验和模拟数据一致。
2026-05-21 cond-mat.soft
Thermodynamic properties of microbian populations on biological membranes
在本工作中，我们发展了一个一般的统计力学形式体系来研究限于旋转表面的系统，这些是一个很好的模型来研究微生物系统和大分子的热动力学性质，这些大分子位于生物膜上，如细胞膜。
2013-08-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Statistical mechanics of thermal fluctuations of nearly spherical membranes: the influence of bending and stretching elasticities
近球形囊泡和微乳液液滴的理论研究，目前的热激发系统，受到限制的典型例子，进行了审查。我们考虑了固定面积$A$和固定体积$V$约束下的此类系统的形状涨落，其几何形状用标量球谐函数表示。这些约束可以以不同的方式纳入理论。在对两种方法进行介绍性回顾之后：用δ功能膜区$A$精确固定[Seifert，Z. Phys. B，97，299，（1995）]或近似地通过与$A$共轭的拉格朗日乘子$σ$ [Milner和Safran，Phys. Rev. A，36，4371（1987）]，我们讨论了拉伸效应的确定作用，这已经在包含拉伸能量项的模型的框架中宣布，通过膜囊泡张力表达[Bivas and Tonchev，Phys.Rev.E，100，022416（2019）]。由于所用哈密顿量的涨落谱不是精确可解的，因此发展了一种基于自由能的Bogoliubov不等式的近似方法。最后一种方法中的面积约束表现为膜张力的自洽方程。在一般情况下，这个方程在解析上是难解的。然而，可以通过对模型参数的值施加一些限制或研究极限情况来深入了解背后的物理学，在极限情况下求解自洽方程。合奏的等效性的影响进行了讨论。
2020-09-19 cond-mat.soft
Stiffening Thermal Membranes by Cutting
二维结晶膜最近已经在实验上实现了石墨烯和二硫化钼等系统，引发了对它们的统计特性的兴趣。热波动可以显著影响适当热化的膜的有效机械性能，使弯曲刚度和弹性模量重新归一化，使得特别地，它们变得比它们的裸弯曲刚度更难弯曲。我们使用分子动力学模拟来研究如何热化的二维夹持带（杠杆）的力学行为取决于其精确的拓扑结构和几何形状。我们发现，一个简单的狭缝平滑粗糙度测量的高度波动的方差。这种违反直觉的效果可能是由于狭缝的唇缘在带的完整区域中扭转的相反姿势的耦合。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Protein Drift-Diffusion in Membranes with Non-equilibrium Fluctuations arising from Gradients in Concentration or Temperature
本文提出基于非平衡统计力学的随机混合连续-离散模拟方法，追踪单个蛋白质在浓度和温度梯度下的漂移-扩散、热交换及涨落，揭示膜内蛋白质定位与热梯度感知机制，并可推广至其他生物系统和软材料。
2025-08-26 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
