Fluid Vesicles with Viscous Membranes in Shear Flow
研究了剪切流中膜粘度对囊泡动力学的影响。我们提出了一种新的模拟技术，它结合了三维多粒子碰撞动力学的动态三角形膜模型的溶剂。随着膜粘度的增加，囊泡从稳定的坦克踩踏过渡到不稳定的翻滚运动。根据减少的体积和膜粘度，剪切可以诱导两个discocyte-to-prolate和prolate-to-discocytetransformation。这种动力学行为可以从一个简化的模型中理解。
2004-04-15 cond-mat.soft
On the cause of Zeta potential of a charged vesicle. The extra- and intravesicular membrane charges contribute differently to the extra- and intravesicular potential
当囊泡膜的内表面和外表面上的电荷密度相似时，可以假设更靠近外/内表面的点处的电势更受位于囊泡膜的外/内表面处的电荷的影响。然而，由于囊泡的曲率和电解质离子的屏蔽效应，情况更加复杂。当囊泡膜的内表面和外表面处的电荷密度相同时，则在距囊泡中心的任何有限距离Z处，位于外膜表面处的电荷对囊泡电势Vex的贡献不同于位于内膜表面处的电荷对囊泡电势Vin的贡献。在低电解质离子浓度（从C=0到0.00001 [Mol]）下，Vex/Vin>1，并且随着从囊泡中心到囊泡膜的外表面的距离的增加而增加。随着距离的进一步增加，Vex/Vin在C=0 [Mol]处保持恒定，而在C>0 [Mol]处开始减小。然而，在高电解质离子浓度（C>0.01 [Mol]）下，随着距囊泡中心的距离增加，Vex/Vin在囊泡膜的内表面处达到其最大值。随着距离的进一步增加，靠近囊泡的外表面，Vex/Vin变得小于1（即，膜的内表面处的电荷比外表面处的电荷对电势的贡献更大）。进一步增加距离，Vex/Vin达到其最小值，然后增加到1（即，膜的内表面处的电荷与膜的外表面处的电荷一样对电势有贡献）。随着电解质离子浓度的增加，Vex/Vin的最小值变得更深（接近零），并且其位置越来越接近囊泡的外表面。
2021-02-22 cond-mat.soft
Membrane Stretching Elasticity of Lipid Vesicle and Thermal Shape Fluctuations
测定模型脂膜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囊泡的形状波动。米尔纳和赛峰给出了这种分析的理论基础。在他们的理论中，没有考虑拉伸效应。在本研究中，我们推广了他们的方法，包括后推导出的统计力学的囊泡的应用程序的拉伸效果。
2017-12-28 cond-mat.soft
Kinetic regulation of coated vesicle secretion
用于细胞内运输的囊泡的分泌通常依赖于专门的膜结合蛋白聚集成能够弯曲细胞膜的外壳。蛋白质外壳的成核和生长是一个动力学过程，与膜和胞质溶胶之间外壳组分的能量消耗周转竞争。我们提出了一个通用的动力学描述的外套组装和形成的涂层囊泡，并讨论其含义的动态COP囊泡内的高尔基体和内质网的交通。我们发现，固定面积的固定外套出现从外套生长和回收的外套组件之间的竞争，在一种类似于细胞骨架丝的研磨。我们进一步表明，营业额的涂层组件允许一个高度敏感的开关之间的静态和囊泡生产膜的机制，在交换动力学减慢。我们声称，这种开关行为的存在，也引发的因素，如货物的存在和膜机械张力的变化，允许有效地调节囊泡分泌。我们提出了一个模型，支持不同的实验观察，其中囊泡化的分泌膜受损的外壳蛋白的能量消耗解吸，直到货物或其他因素的存在下触发一个动态切换到一个囊泡生产状态。
2008-07-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Wrapping nonspherical vesicles at bio-membranes
本文采用 Helfrich Hamiltonian 与三角剖分膜能量最小化方法，研究非球形软囊泡在不同膜刚度和张力下的包裹状态及三相点规律。
2025-02-15 cond-mat.soft
Cup-to-vesicle transition of a fluid membrane with spontaneous curvature
没有自发曲率的流体膜从盘到囊泡的转变可以用边缘线能和曲率能之间的竞争来描述。然而，具有自发曲率的非对称膜的转变尚未被理解。在这项研究中，形状的流体膜补丁具有恒定的自发曲率和封闭过渡到一个囊泡的研究使用理论和无网格膜模拟。据证实，（Meta）稳定和瞬态膜是很好的近似球冠。膜高斯模量可以从膜补丁的杯形以及从转移概率来估计，尽管后一种估计给出了略小的负值。此外，膜的自组装动力学，其中较小的囊泡形成在较高的自发曲率，较高的边缘线张力，和较低的密度。
2019-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
Polyhedral vesicles
利用布朗动力学模拟研究了具有大弯曲模量的膜如凝胶相脂质膜的多面体囊泡。囊泡呈现出各种多面体形态，如四面体和立方体形状。我们澄清了两种类型的线缺陷的多面体的边缘：裂纹的两个单层的自发曲率单层$C_{\text {0}}<0$，和裂纹的内层单层在$C_{\text {0}}\ge0$。在后者的缺陷周围，内部单层正弯曲。我们的结果表明，多面体的形态是由$C_{\text {0}}$。
2002-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Law of corresponding states for osmotic swelling of vesicles
当溶质分子由于跨膜的浓度差而渗透到囊泡中时，囊泡通过渗透而膨胀。溶胀可以分为两个阶段：（a）“熨烫”阶段，其中囊泡的体积与面积比增加而其面积没有显著变化;（b）拉伸阶段，其中囊泡生长同时保持基本上球形，直到其破裂。我们表明，这两个阶段之间的交叉可以表示为一个加宽的连续相变。因此，不同的囊泡和不同的渗透溶质的溶胀曲线可以重新缩放成一个单一的，理论上预测的，通用的曲线。这样的数据崩溃证明了巨大的单层POPC囊泡，由于尿素，甘油，或乙二醇的渗透膨胀。因此，我们获得了一个灵敏的测量溶质的膜渗透系数，发现一个浓度无关的系数尿素，而甘油和乙二醇被发现增加溶质浓度。此外，我们使用的过渡的宽度，从数据崩溃中提取，推断的数量的独立的弯曲模式，影响在过渡区的囊泡的热力学。
2012-10-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Can amphiphile architecture directly control vesicle size?
由简单两亲分子在溶液中自组装的双层膜总是具有平面基态形状。这是膜的几种内部弛豫机制的结果，并阻止了囊泡大小的直接控制。在这里，我们表明，这一原则是可以规避的，通过分子设计直接控制大小是一个现实的可能性。使用粗粒度的计算，我们设计的四嵌段共聚物，形成一个优选的曲率膜，并演示了如何形成低多分散性囊泡，同时抑制胶束化。
2013-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Attractive forces between anisotropic inclusions in the membrane of a vesicle
利用正则系综蒙特卡罗模拟研究了流体泡中两个刚性棒状夹杂之间的涨落诱导相互作用。囊泡膜由硬球的三角形网络表示。五个刚性连接的硬球形成棒状夹杂物，可以在三角形网络的位置之间跳跃。它们的有效相互作用势被计算为相互距离和夹杂物角度的函数。由于其中的硬核势，势的性质是纯熵的。采取特殊的预防措施，以减少晶格文物和有限尺寸的影响，由于球形几何形状。结果表明，与杆长L相比，有效势具有吸引力和短程性。其井深为κ/10的数量级，其中κ是弯曲模量。
1999-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Formation of polyhedral vesicles and polygonal membrane tubes induced by banana-shaped proteins
利用无网格膜模拟方法研究了弯曲蛋白质棒诱导的流体膜形状变化。在低密度下的棒状体组装诱导出扁平的膜管和扁球形囊泡。结果发现，多面体的形状是稳定在高杆密度。通过一个简单的几何模型，得到了三角形和屈曲盘形管之间的离散形状转换，并分析了它们的曲率能。对于囊泡，三角形hosohedron和椭圆盘形状形成的平衡，而四面体和三棱柱形状获得的亚稳态。
2015-09-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Toroidal membrane vesicles in spherical confinement
我们研究了球形容器内环形流体膜囊泡的形态。在几何相图中组装的平衡形状的缩放面积和减少的膜的体积的函数。对于小面积的囊泡可以采用其自由形式。当增加面积时，膜不能避免接触并且沿着圆形接触线接触限制球，该圆形接触线延伸到更大面积的接触区。的平衡形状的弹性能量进行比较，他们的局限对应的球形拓扑结构，以预测在何种条件下的拓扑结构的变化是有利的大力。
2015-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Tubulation pattern of membrane vesicles coated with bio filaments
通常使用通过激光或磁镊或通过进行性马达蛋白的作用施加的力将窄膜管从磷脂囊泡的表面拉出。最近的例子已经出现，其中这样的管自发地从囊泡与生物活性的细胞骨架丝（如FtsZ，微管）在GTP的存在下包被生长。我们展示了软囊泡如何变形，由于其拓扑结构，局部曲率和由于活跃的细丝的力之间的相互作用。我们目前的结果从动态三角形蒙特卡罗模拟的球形连续膜涂有一个电场，并显示如何的内在曲率的细丝和它们的有序相互作用驱动膜tubes。我们预测有趣的图案，弯曲的2D膜表面，促进管的形成。我们的模型的含义更动态的情况下，囊泡涂有活性混合物的微管和肌球蛋白显示形状振荡，也进行了讨论。所有这些情况都指向一个共同的主题，即2D膜表面上的缺陷位置是膜变形活动的热点。
2018-07-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamic shapes of floppy vesicles enclosing active Brownian particles with membrane adhesion
本文数值研究了包含活性布朗粒子且粒子与膜粘附的活性囊泡的动态行为，发现ABP活性和粒子体积分数共同决定囊泡形状相变，膜粘附显著改变囊泡行为并提供额外控制参数。
2023-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
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
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
Thermal Preconditioning of Membrane Stress to Control the Shapes of Ultrathin Crystals
本研究利用巨型单层囊泡膜生长六重对称超薄磷脂晶体，揭示冷却速率通过预处理膜张力调控成核、生长与晶体形貌，并建立仅依赖物理性质的应力演化模型。
2024-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pore Stability and Dynamics in Polymer Membranes
两亲性二嵌段共聚物自组装的囊泡在电穿孔时表现出多种多样的行为，这是由于驱动系统的边缘、表面和弯曲能之间的竞争，而不同的粘性耗散机制决定了时间尺度。这些效应是由基本上化学上相同的分子产生的不同膜厚度d的表现。对于较小的d，我们发现大的不稳定的孔和所得的膜碎片重新组装成囊泡在几分钟内。具有较大d的囊泡形成纳米尺寸的长寿命孔，其可潜在地用于筛分应用和药物递送。
2002-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.SC
Dynamic bidirectional coupling of membrane morphology and rod organization in flexible vesicles
University of Twente（特温特大学）；Utrecht University（乌得勒支大学）
研究通过实验和模拟结合的最小模型，揭示了柔性囊泡中杆状粒子的有序排列源于各向异性相互作用、几何约束和边界顺应性的相互作用，展示了软约束如何驱动内部有序与囊泡形状的双向耦合，从而形成相图，其中长形囊泡在较低的填充分数下促进向列相对齐，而较高的填充分数诱导类似液晶的有序排列，使囊泡重塑为板状形态。
2026-05-21 cond-mat.soft
Vesicle dynamics in elongation flow: Wrinkling instability and bud formation
我们目前的实验结果的松弛动力学的囊泡进行时间依赖性的伸长流。我们观察到并表征了一种新的不稳定性，在速度梯度方向切换后，这种不稳定性会导致囊泡形状（皱纹）的高阶模式的形成。这种令人惊讶的膜褶皱的产生可以解释为在囊泡放气期间由于符号转换瞬态中的压缩而出现负表面张力。此外，在动态转变点附近观察到囊泡膜中芽的形成。
2007-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Active Contact Forces Drive Non-Equilibrium Fluctuations in Membrane Vesicles
我们分析了包裹能动细菌的巨大单层囊泡的非平衡形状波动。由于细菌-膜碰撞，我们实验观察到膜波动的幅度在低波数显着增加，相比，众所周知的热波动谱。我们询问这些结果，通过修改后的Langevin方程，其中包括细菌-膜接触力的数值模拟膜的高度波动。利用这些接触力和热噪声的长度和时间尺度分离，我们进一步证实了我们的结果与近似的理论解的动态膜方程。我们的理论和模拟表明，在实验中观察到的非平衡波动非常吻合。此外，我们的理论表明，波动耗散定理是不打破细菌，而是，膜波动可以分解成热和活性成分。
2020-04-16 cond-mat.soft 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
Membrane Viscosity Determined from Shear-Driven Flow in Giant Vesicles
脂双层膜的粘度在确定包埋蛋白的扩散常数和膜变形的动力学中起着重要作用，但历史证明它非常难以测量。在这里，我们介绍了一种新的方法的基础上的大规模的循环模式内诱导的囊泡粘附到固体表面，并进行简单的剪切流在微流控装置的量化。粒子图像测速技术基于旋转圆盘共聚焦成像的示踪粒子的内部和外部的囊泡，和跟踪相分离的膜域被用来重建完整的三维流动模式引起的剪切。这些测量结果与最近的理论分析的预测显示出极好的一致性，并允许直接测定膜的粘度。
2013-08-29 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
Shape deformation of lipid membranes by banana-shaped protein rods: Comparison with isotropic inclusions and membrane rupture
利用隐式溶剂无网格膜模拟研究了弯曲蛋白质棒在流体膜上的组装。随着杆曲率增加，膜管上的杆首先沿着方位角方向组装，随后沿着纵向方向组装。在这里，我们表明，这两个过渡曲率随杆刚度的增加而减小。为了比较，曲率诱导各向同性夹杂物也进行了模拟。当各向同性夹杂物具有与其他膜区域相同的抗弯刚度时，即使夹杂物的自发曲率较大，夹杂物也均匀地分布在膜管和囊泡上。然而，各向同性夹杂物具有更大的弯曲刚度诱导形状变形，并集中在一个优选的曲率区域。对于高杆密度、高杆刚度和/或膜边缘的低线张力，杆组件诱导囊泡破裂，导致高属囊泡的形成。曲率的逐渐变化抑制了这种破裂。因此，与边缘张力相比，由杆组件引起的大应力是决定断裂的关键因素。对于杆曲率与相反的标志的囊泡曲率，膜破裂诱导反转的膜，导致分裂成多个囊泡，以及形成高属囊泡。
2016-04-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Accurate determination of elastic parameters for multi-component membranes
由于共存的脂质相在细胞膜中的异质性已被证实在细胞信号传导和膜运输中起主要的功能作用。因此，多相系统的材料性质，如线张力和弯曲模量，是至关重要的动力学和相分离的渐近行为。在这封信中，我们提出了一个分析和实验相结合的方法来确定相分离囊泡系统的性能。首先，我们开发了一个分析模型的弱芽双相囊泡的囊泡形状。随后，囊泡形状和膜波动的实验数据，并比较模型。结合的方法允许一个可重复的和可靠的测定复杂囊泡系统的物理参数。所获得的参数设定了活细胞质膜中纳米域的大小和稳定性的限制。
2007-06-28 cond-mat.soft
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
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
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
Charge-Reversal Instability in Mixed Bilayer Vesicles
双层囊泡容易由带电和中性表面活性剂的混合物形成。当这种混合囊泡结合带相反电荷的物体时，其膜部分地解混：粘附区从膜的其余部分招募更多的带电表面活性剂。如果有无限多的粘附物，人们可能会期望囊泡在被完全覆盖之前保持吸引力。与此预期相反，我们表明，囊泡，而不是表现出{ \it粘附饱和，}分区自发成一个有吸引力的区域与明确的面积分数，和排斥区。后一个区域拒绝额外的进入物体，因为囊泡内部的抗衡离子迁移到那里，有效地逆转了膜的电荷。在高表面电荷密度、低离子强度和具有薄的不可渗透膜的情况下，该效应最强。在这种情况下的粘附饱和最近已被实验观察到[H. Aranda-Espinoza { \it等人}，{ \sl Science} { \bf 285} 394- 397（1999）]。
2000-02-15 cond-mat.soft q-bio
Model-free thermodynamics of fluid vesicles
出于对流体膜中表面张力变量的性质和相互关系的长期争论，我们将膜囊泡的热力学重新表述为包含三维体积的通用二维有限系统。该配方示出需要两个张力变量，共轭的每分子的面积和体积面积比的密集约束。我们得到这两个变量之间的关系，在各种情况下，以及它们的对应关系的张力变量的膜的其他定义。几个有关膜张力的争议，从而解决了模型的热力学水平。热力学公式也可用于处理对膜的详细统计力学和相互作用不敏感的囊泡的大规模性质。
2012-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Numerical studies of triangulated vesicles with anisotropic membrane inclusions
本文采用偏曲率模型与 Monte-Carlo 方案模拟含各向异性内含物的动态三角化囊泡，揭示取向序和相互作用对球茎、细颈及长管形态的影响。
2024-03-05 cond-mat.soft physics.bio-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
Flexoelectric fluid membrane vesicles in spherical confinement
对球形限制性弯电流体膜囊泡在外加均匀电场中的形态进行了数值研究。由于限制引起的变形，膜变得极化，导致与外部场的相互作用。在没有电场的情况下，囊泡的平衡形状可以在几何相图中分类为缩放面积和缩减体积的函数[1，2]。当膜的面积仅略大于限制球的面积时，出现单个轴对称内陷。非零电场诱导受限囊泡的额外伸长，其取决于电场参数的符号是垂直的或平行的。表面积或电场参数的较高值可降低系统的对称性，导致更复杂的折叠。我们提出了由此产生的形状，并表明，过渡线转移的存在下，一个电场。所获得的折叠模式可能是生物物理和技术应用的兴趣。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamics of a Semipermeable Vesicle Under Flow and Confinement
脂质双层膜对水分子具有天然的（尽管很小）渗透性。在外部负荷下，只要双层结构保持完整并且不发生穿孔或破裂，脂质膜就会变形，并且在不存在渗透压的情况下，通常假定其水流入/流出可以忽略不计。在这项工作中，我们使用边界积分模拟研究水渗透性对囊泡流体动力学的影响，由于机械负荷，如从外部流变形囊泡膜在自由空间或推动它通过限制的粘性应力。将膜渗透性转换为Helfrich自由能框架，作为半透性囊泡的模型，我们说明，在没有渗透应力梯度的情况下，半透性囊泡受到水流入/流出的影响，在足够长的时间内或在强限制下。我们的模拟量化的水渗透的条件是可以忽略不计的时间尺度，流动强度和限制。这些结果揭示了如何利用微流体限制来估计膜渗透性。
2021-01-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Elasticity of polymer vesicles by osmotic pressure: an intermediate theory between fluid membranes and solid shells
通过标度分析得到了曲面内聚合物的熵和由聚合物组成的膜的弹性自由能。发现薄膜的弹性自由能具有面内应变能加上Helfrich曲率能的形式[Z。自然的。C \textbf{28}，693（1973）]。通过讨论两种简化模型得到自由能中的弹性常数：一种是没有面内应变且两侧不对称的聚合物膜，它是曲面量子力学的对应物[Jensen和Koppe，Ann. Phys. \textbf{63}，586（1971）];另一种是具有均匀面内应变的平面橡胶膜。采用包含弹性自由能、表面张力能和渗透压诱导项的总自由能的一阶变分，导出了描述渗透压作用下聚合物囊泡平衡形状和面内应变的方程。通过对总自由能的二阶变分求出了球形高分子囊泡失稳的临界压力。研究发现，由于面内模态与面外模态耦合，面内模态对临界压力也有重要影响。理论结果表明，聚合物囊泡具有流体膜和固体壳之间的机械性能的中间。
2005-08-18 cond-mat.soft
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
Sensitive detection of ultra-weak adhesion states of vesicles by interferometric microscopy
我们已经使用了反射干涉对比显微镜（RICM）的原始分析，以检测糖脂囊泡和凝集素包被的基板之间的超弱特异性相互作用。在接触区中的膜的高度波动，观察与高照明孔径的膜的轮廓和膜-基板的距离定量确定使用新的分析，它占多个接口和多个入射光线。我们证明了RICM理论的这种改进版本是必要的，特别是在中间膜-基底距离（30 nm）的情况下，并有助于区分超弱相互作用和纯引力沉降
2010-11-28 cond-mat.soft
Dynamics of wrinkles on a vesicle in external flow
最近的实验由Kantsler et.等人（2007）已经表明，囊泡在外部伸长流动中的松弛动力学伴随着膜上褶皱的形成。受这些实验的启发，我们提出了一个理论描述的动态褶皱膜。褶皱的形成与膜的负表面张力引起的动力学不稳定性有关。对于准球形囊泡，我们进行分析研究的褶皱结构动力学。我们推导出不稳定阈值的表达式，并确定三个阶段的动态。建立并数值验证了散射波长和表面张力随时间演化的标度律。
2007-05-24 cond-mat.soft
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
Membrane Heterogeneity Driven Dynamics of Multicomponent Vesicles in Shear Flow
本文提出热力学一致的相场模型，研究剪切流中多组分囊泡动力学，发现表面张力异质性可触发摆动和翻滚，并揭示弯曲刚度异质性导致的三种新动态状态，为可调囊泡载体提供设计原则。
2025-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Frustrated shapes of solid domains in fluid membrane vesicles: From rolls and folds to crumples and wrinkles
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
通过有限元模拟研究含单个柔性圆形固体域的闭合囊泡膜，发现固体对高斯曲率的几何非线性抵抗显著影响膨胀囊泡的形状，并揭示从圆柱卷曲到皱缩再到光滑帽的基态形状序列。
2026-06-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Induced stresses in quasi-spherical elastic vesicles: local and global Laplace-Young law
在弹性球膜上，不存在由弯曲能引起的应力，相应的Laplace-Young定律不涉及弹性弯曲刚度。然而，当考虑一个轴对称的扰动，捏球，它会导致非平凡的应力在整个膜。在本文中，我们引入了一个理论框架来研究由球周围的几何扰动引起的应力。我们发现当地的平衡力方程沿法线方向的囊泡，并沿单位副法线，切线的膜;同样，闭环上的全局平衡力方程也进行了检查。我们分析了应力的分布在膜上的萌芽过渡发生。对于封闭的膜，我们得到修改后的杨-拉普拉斯定律，出现作为这种扰动的后果。
2018-08-08 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
Curvature fluctuations of fluid vesicles reveal hydrodynamic dissipation within the bilayer
本文通过巨型囊泡闪烁光谱实验证明，曲率半径小于Saffman-Delbrück长度的非平面膜的弯曲涨落由膜内粘性流动主导，并可从形状时间关联的短时行为可靠提取膜粘度，揭示DPPC:胆固醇膜为牛顿流体而聚合物膜流变更复杂。
2024-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Small equatorial deformation of homogeneous spherical fluid vesicles
Universidad Autónoma de Yucatán（尤卡坦自治大学）；SECIHTI - Facultad de Matemáticas, Universidad Autónoma de Yucatán（SECIHTI-尤卡坦自治大学数学学院）
研究均匀球形流体囊体在赤道处刚性圆环作用下的微小变形及其力学响应。
2026-01-30 cond-mat.soft
Vesicle shape, molecular tilt, and the suppression of necks
分子倾斜顺序的存在是否会显著影响脂质双层膜的形状，特别是窄颈膜的形状？出于对倾斜顺序的倾向和常见的发生在生物过程的中间阶段，如内吞作用和囊泡贩运的窄颈，我们研究如何倾斜顺序抑制形成的平衡形状的囊泡的颈部。对于具有球形拓扑结构的囊泡，需要总强度为$+2$的分子顺序中的点缺陷。我们研究轴对称的形状，并假设有一个单位强度缺陷在每个极点的囊泡。该模型被进一步简化的假设倾斜各向同性：相对于当地的膜正常的分子的旋转的能量的不变性。这种各向同性条件导致倾斜阶和曲率的最小耦合，从而使具有高斯曲率和倾斜阶的区域具有高能量成本。在固定面积和固定封闭体积的约束下，最小化弹性自由能确定了允许的形状。使用数值计算，我们发现几个分支的解决方案，并确定它们与以前已知的流体膜的分支。我们发现，倾斜顺序改变分支的相对能量，抑制薄颈，使他们昂贵，导致细长的扁长囊泡作为一个通用的家庭倾斜有序膜形状。
2007-07-26 cond-mat.soft
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
Shape Transformations and Rupture of a Vesicle Driven by an Encapsulated Active Particle
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育与研究学院穆扎法尔纳加尔分校）
本研究通过粗粒化模拟揭示，囊泡内单个活性粒子的推进力驱动膜变形，其程度随活性非单调变化，高活性导致破裂，且表面张力显著调节该过程。
2026-10-06 cond-mat.soft
