Wrinkling instability of vesicles in steady linear flow
我们目前的实验观察和数值模拟的一个twelling不稳定性，发生在足够高的应变率在稳定的线性流动的小泡动力学的颤抖制度。光谱和统计分析的数据显示的相似性和差异，与先前观察到的囊泡在瞬时伸长流的不稳定性。热波动的关键相关性，这种现象是揭示了一个简单的模型，使用耦合朗之万方程，再现实验观察得很好。
2014-05-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamics of Vesicles in shear and rotational flows: Modal Dynamics and Phase Diagram
尽管最近兴起的理论简化模型的囊泡形状动力学，与实验的比较还没有完成。我们回顾了最近提出的一些囊泡动力学模型的含义，特别是相平面的Tumbling-Trembling域区域，并表明它们都未能捕捉到实际囊泡的基本行为，超额面积，Δ，大于0.4。我们强调新的观察形状谐波和热波动的作用。
2011-02-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Vesicle Dynamics in a Confined Poiseuille Flow: From Steady-State to Chaos
红细胞（RBC）是血液的主要成分，血液的流动由RBC的流动决定。我们采用囊泡，其中包括封闭的双层膜包围的流体，作为一个模型系统，以研究红细胞的行为下，一个封闭的Poillille流。我们广泛地探索两个主要参数：i）通道内囊泡的限制程度，和ii）流动强度。丰富而复杂的动态囊泡揭示了从稳态形状（降落伞和拖鞋的形式）到混沌动力学的形状。混沌通过囊泡形状的多个周期性振荡的级联发生。我们总结了我们的结果在参数平面（限制程度，流动强度）的相图。这一发现突出了在小雷诺数下流动的囊泡的复杂性水平，其中在没有囊泡的情况下流动是层流的，并且由于囊泡的弹性可以呈现湍流。
2014-09-09 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Quantification of mixing in vesicle suspensions using numerical simulations in two dimensions
本文利用数值模拟方法研究了在圆柱形Couette装置上二维斯托克斯囊泡悬浮液中的混合。囊泡流模拟使用边界积分法和对流扩散方程的溶质的混合使用伪谱方案求解。我们研究的面积分数，内部（囊泡）和外部（散装）流体之间的粘度对比，溶质的初始条件，和混合度量的效果。我们比较了在悬浮液中的混合与在没有囊泡的Couette装置中的混合。一方面，在大多数情况下，囊泡的存在稍微抑制混合。这是因为溶质只能扩散穿过囊泡界面而不能平流。另一方面，存在未扰动的库埃特流完全不能混合的溶质的空间分布，而囊泡的存在使混合成为可能。我们推导出一个简单的条件，涉及的速度和溶质，并可用于表征的情况下，囊泡的存在促进混合。
2016-08-31 physics.bio-ph physics.flu-dyn
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
Shape diagram of vesicles in Poiseuille flow
在通道中流动的软体通常呈现降落伞状形状，这通常归因于流体动力约束（粘性应力和/或约束）的增加。我们表明，流体膜的存在下，导致相反的现象，并建立一个相图的形状-这被归类为子弹，羊角面包和降落伞-在不同的纵横比的渠道。出乎意料的是，形状在通道的西北方向上相对较宽。我们强调的作用，膜上的流动模式在这种响应的应力分布的不对称性。
2012-03-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Long-range hydrodynamic effect due to a single vesicle in linear flow
囊泡参与了生物体中各种各样的运输过程。此外，它们还可以作为细胞悬浮液动力学的模型。预测其悬浮液的流变学性质仍然是一个悬而未决的问题，因为即使是对的相互作用尚未完全理解。在这里，我们分析了一个单一的囊泡，进行坦克踩踏运动，其周围的剪切流的影响，通过研究诱导扰动场$δ\vec{V}$，在其存在和不存在的速度场之间的差异。实验和数值模拟之间的比较揭示了一个令人印象深刻的协议。跟踪脊的扰动场幅度景观，我们确定的主要方向，沿其分析的速度差场的囊泡附近。扰动幅度被发现是显着的约4囊泡半径，并可以描述由幂律衰减与距离$d$从囊泡$ \| δ\vec{V} \| \propto d^{-3/2}$。这与先前的实验结果一致的两个相互作用的囊泡在类似的条件下，它们的动力学改变之间的分离距离。这是一个指示的囊泡长程效应通过扰动场，并要求适当纳入长程流体动力学相互作用时，试图获得囊泡悬浮液的流变学性质。
2016-02-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
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
An analytical analysis of vesicle tumbling under a shear flow
在剪切流作用下，囊泡的膜呈现坦克踩踏运动，如果囊泡内外的粘度差不够大，囊泡的长轴指向与剪切应力成< 45度角。在一定的粘度对比度以上，囊泡经历翻滚分叉，已知红细胞的分叉。我们最近提出了这种转变的完整的数值分析。在本文中，我们介绍了一个分析模型，其优点是足够简单，并捕捉数值发现的基本特征。该模型是基于一般的考虑，并不诉诸于明确的计算囊泡内外的全部流体动力学场。
2004-02-02 physics.bio-ph
Pairwise hydrodynamic interactions and diffusion in a vesicle suspension
剪切流中两个可变形囊泡的流体动力学相互作用引起净位移，在大多数情况下，它们在横向方向上的距离增加。这些相互作用的统计平均值导致悬浮液中的剪切诱导扩散，无论是在经历由连续相互作用组成的随机游走的单个颗粒的水平上，还是在发生非线性向下梯度扩散的悬浮液的水平上，这是悬浮液流结构化中的重要成分。我们做了实验和计算研究的相互作用的一对脂质囊泡在剪切流通过改变物理参数，并调查的净横向位移的衰减与流线上的囊泡最初位于之间的距离。这种衰变及其对囊泡性质的依赖性可以通过一个简单的模型来解释，该模型基于壁附近囊泡横向漂移的既定定律。在半稀释状态下，给出了自扩散系数的确定方法。
2014-01-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Vesicle dynamics in confined steady and harmonically modulated Poiseuille flows
我们提出了一个数值研究的时间依赖性运动的二维囊泡在一个通道下施加流。如过去所报道的，在Poiffille流中，囊泡的形状取决于流动强度、膜的机械性质和通道的宽度。这项研究的重点是中心蛇形（CSn）的形状，其中的囊泡显示振荡运动像一个游泳的鞭毛，即使流动是静止的。我们量化这种行为的振幅和频率的振荡囊泡的质心。我们观察参数空间中的区域，在那里的CSn与降落伞或无约束拖鞋共存。施加的流动的振幅调制的动态和形状的蛇形囊泡的影响也进行了研究。对于大的调制幅度过渡到静态形状进行观察。较小的调制幅度诱导蛇形囊泡的质心的幅度和频率的调制。在一定的参数范围内，我们发现，质心振荡与一个恒定的包络线，表明存在至少两个稳定的状态。
2018-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Viscous regularization and r-adaptive remeshing for finite element analysis of lipid membrane mechanics
作为二维流体壳，脂质双层膜抵抗弯曲和拉伸，但不能承受剪切应力。这一特性使膜能够采用戏剧性的形状变化。本文建立了一个有限元模型来研究膜的静力平衡力学。特别是，粘性正则化方法，提出了稳定切向网格变形，提高非线性求解器的收敛速度。增广拉格朗日方法用于在膜变形过程中对面积和体积进行全局约束。作为对该方法的验证，计算了脂双层囊泡形状-相图的平衡形状。这些数值技术也被证明是有用的三维大变形问题的模拟：系绳的形成（长管状extensions）;和金-朗道相分离的两个脂质成分囊泡。针对两相流模型网格畸变较大的问题，提出了一种改进的vicous正则化方法，实现了r-自适应网格优化。
2007-09-05 physics.bio-ph physics.comp-ph
Effect of thermal noise on vesicles and capsules in shear flow
我们不断增加热噪声减少模型的不变形囊泡和胶囊在剪切流，并推导出相应的随机运动方程的解析。我们计算了稳态的概率分布函数，并构建了相应的相图为不同的动力学制度。对于流体囊泡，我们预测，在小的剪切速率热波动引起的任何粘度对比度的翻滚运动。对于弹性胶囊，由于热混合，间歇性制度出现在确定性模型预测只有纯坦克踩踏或翻滚的区域。
2012-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Noisy nonlinear dynamics of vesicles in flow
我们提出了一个模型的线性流动中的流体囊泡的动力学，其中始终包括热波动和不同模式之间的非线性耦合。在坦克踩踏和翻滚之间的过渡，我们预测一个颤抖的运动，这是在与已知的确定性运动和热噪声强烈放大的不一致。特别是，高度不对称的形状观察，即使确定性流只允许轴对称的。我们的结果定量地解释了最近的实验观察[Levant和Steinberg，Phys.Rev.Lett. 109，268103（2012）]。
2013-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Swirling and snaking, 3D oscillatory bifurcations of vesicle dynamics in microcirculation
囊泡是一种柔软的弹性体，具有独特的机械性能，如抗弯曲性，膜流动性，以及它们强大的变形能力，模仿生物细胞的一些特性。虽然以前的三维（3D）的研究已经确定了固定的形状，如拖鞋和轴对称的，我们报告了一个完整的相图的3D囊泡动力学在有界Poietille流与两个振荡动力学，3D蛇形和漩涡。三维蛇形运动的特点是质心的平面振荡运动和形状变形，这是不稳定的，并导致漩涡或拖鞋。超临界分岔产生旋涡。质心沿螺旋线移动，保留的形状自身滚动并围绕流动方向旋转。旋转可以与拖鞋共存。
2021-06-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Three-dimensional flow in Kupffer's Vesicle
虽然许多脊椎动物外观左右对称，但内部器官的排列是不对称的。在斑马鱼中，左右对称性的破坏是由库普弗囊泡（KV）组织的：一种近似球形的充满液体的结构，在受精后10小时开始在胚胎中形成。斑马鱼对称性破缺的一个重要组成部分是在KV内建立纤毛驱动的流体流动。然而，目前还不清楚（a）背，腹和赤道纤毛如何有助于全球涡旋流，以及（b）如果这种流动打破左右对称通过机械转导或形态运输。完全回答这些问题需要知识的三维流动模式KV内，这还没有被量化在以前的工作。在这项研究中，我们计算和分析的三维流KV。我们考虑了来自个体和群体纤毛的流动，并且（a）发现反涡流流动可以纯粹来自背侧顶上的纤毛超过腹侧底，显示了赤道纤毛的背侧倾斜如何稳定这种涡流流动，并且（b）显示背侧纤毛的前部聚集导致前部的流动比后角快40%左右。我们认为，这些流量功能是支持对称突破机械感觉纤毛，并提出了一个新的实验来验证这一假设。根据我们对流动的新理解，我们提出了一个进一步的实验来逆转KV内的流动，以潜在地诱导内脏逆位。
2016-01-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Swinging and tumbling of multicomponent vesicles in flow
本文建立降阶模型研究异质膜囊泡在剪切流中的动力学，发现材料性质变化可引发从摆动到翻滚的转变，并通过数值模拟验证了理论预测。
2022-02-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Shear-Driven Circulation Patterns in Lipid Membrane Vesicles
最近的实验表明，当一个近半球形的脂质囊泡附着在固体表面进行简单的剪切流，它表现出一种模式的膜循环很像偶极涡。这与附着在表面上并受到剪切的不混溶流体液滴的相关问题中出现的环形环流形成鲜明对比。流动模式的这种深刻差异源于膜的横向不可压缩性，其将可观察到的流动限制在膜中的速度场是二维发散自由的那些流动。在这里，我们研究这些循环模式内最简单的模型膜流体动力学。基于Papkovich-Neuber势的流场的系统扩展被开发用于膜与周围流体之间的一般粘度比。与实验结果的比较[C. Vézy，G. Massiera和A. Viallat，软物质3，844（2007）]，并且示出了这样的研究如何能够允许测量膜粘度。讨论了破胶和模式选择问题。
2012-08-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
pH gradient-driven deformation of a crista-like vesicle
本文用Helfrich模型研究pH梯度驱动的嵴状囊泡形变，通过引入pH依赖自发曲率并构建功能性相图，揭示了嵴高效合成ATP的形态条件。
2025-02-10 physics.bio-ph
Complex Dynamics of a Bilamellar Vesicle as a Simple Model for Leukocytes
生物细胞内部结构的影响（例如，白细胞）对其动力学和流变学的影响尚未完全了解。通过使用2D数值模拟的双层囊泡（BLV）组成的两个囊泡作为细胞模型，我们发现，增加内部囊泡（模仿细胞核）的大小触发坦克踩踏翻滚过渡。观察到一个新的动态状态，波动运动：BLV倾斜相对于施加的流量振荡，而外部囊泡发展旋转的叶片。BLV在其非稳态运动期间表现出非牛顿行为，其表观粘度随时间变化。取决于它的倾斜和它的内部囊泡动力学状态，BLV表现得像固体或液体。
2013-06-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Comparison between advected-field and level-set methods in the study of vesicle dynamics
磷脂膜和囊泡构成了实际生物功能的基本要素。囊泡被视为模拟某些细胞（如红细胞）基本粘弹性行为的模型系统。相场和水平集模型是解决膜动力学及其与流动耦合的有力工具。这两种方法有些相似，但迄今为止还没有在它们之间建立桥梁。这是本文的第一个重点。此外，本构粘弹性定律推导出的复合流体：周围的流体和膜。我们提出了两种不同的方法来处理膜的局部不可压缩性，并指出差异。从水平集方法的一些数值结果。
2010-05-22 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
Dynamics of growth and form in prebiotic vesicles
假设生命起源的基质是益生元囊泡的生长、形成和分裂，这些囊泡是由不同成分和形状的流体组成的膜状囊。这些不平衡结构的动力学由物理化学过程控制，所述物理化学过程包括两亲物插入膜中、流体流过膜和膜的弹性形变。为了了解益生元囊泡的形式和它们的动力学，我们构建了一个极小模型，耦合膜的生长，变形，和流体渗透，最终表达在两个无量纲的参数，表征膜生长和膜渗透性的相对速率。数值模拟表明，我们的模型捕捉到的形态多样性，在现存的前体模拟细胞生命，并可能提供简单的指导方针，这些复杂的形状从简单的成分合成。
2019-07-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
High-Throughput Mechanical Characterization of Giant Unilamellar Vesicles by Real-Time Deformability Cytometry
Institute of Numerical Mathematics and Optimization, TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业工业大学数值数学与优化研究所）；Faculty of Computer Science/Mathematics, HTW Dresden（德累斯顿应用科技大学计算机科学与数学学院）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Heidelberg University, Center for Molecular Biology of Heidelberg University (ZMBH)（海德堡大学海德堡大学分子生物学中心）
本文将实时可变形细胞术（RT-DC）应用于巨型单层囊泡（GUVs），提出模拟模型与两种互补拟合策略提取面积膨胀模量，实现高通量无接触力学表征，通量较传统技术高数量级，还支持群体分选。
2025-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Substrate Stiffness Changes Cell Rolling and Adhesion over L-selectin Coated Surface in a Viscous Shear Flow
了解粘性剪切流下细胞在血管表面的滚动和粘附行为对于更好地理解许多生物过程是重要的。其中一个重要的例子是白细胞粘附到炎症部位。近年来，研究人员开始研究表面刚性对细胞滚动和粘附的影响。受最近研究的启发，我们采用粘附动力学来研究流体动力学流动中基底刚度对滚动细胞的影响。
2019-09-27 physics.bio-ph
A Simple Experimental Model to Investigate Force Range for Membrane Nanotube Formation
活细胞中膜小管的存在对于许多生物过程是必不可少的。在细胞中，形成纳米尺寸的脂质小管的一种机制是通过分子马达诱导的双层提取。在本文中，我们描述了一个简单的实验模型，以调查所需的力量，脂质管形成使用驱动蛋白马达锚定DOPC囊泡。以前的相关研究使用分子马达主动拉动膜以提取纳米管。在这里，我们反转系统的几何形状，分子马达被用作静态锚连接DOPC囊泡的二维微管网络和外部流被引入到产生纳米管的阻力促进。我们发现，约7 pN的拖曳力足以用于半径为1至2 μ m的囊泡的小管提取。通过我们的方法，我们发现由单个分子马达产生的力足以从球形脂质囊泡中提取膜小管。
2016-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Numerical computations of the dynamics of fluidic membranes and vesicles
囊泡和许多生物膜由两个单层脂质分子组成，形成封闭的脂质双层。囊泡的动力学行为非常复杂，并且出现多种形式和形状。脂质双层可以被认为是一种表面流体，因此控制方程的演变包括表面（Navier-Stokes方程，其中特别是考虑到膜粘度。这种演变是由膜的曲率弹性产生的力驱动的。此外，表面流体方程耦合到体（Navier-Stokes）方程。我们引入了一个参数有限元方法来解决这个复杂的自由边界问题，并提出了第一个三维数值计算的基础上，充分（Navier-Stokes系统为几种不同的情况。例如，膜的粘度，自发曲率和面积差弹性（ADE）的影响进行了研究。特别是，事实证明，即使在本体流体之间没有粘度对比的情况下，也可以通过增加膜粘度来获得从罐踩踏到翻滚的转变。除了经典的坦克踩踏和翻滚运动，另一种模式（称为过渡模式在本文中，但最初称为摆动呼吸模式，后来也称为颤抖，过渡和摆动模式）分离这些经典模式出现，并由我们进行了数值研究。我们还研究了ADE和自发曲率模型中的平衡形状的特征，如萌芽行为或海星形式，在剪切流中的行为。
2015-10-27 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
