Nanoparticle-lipid interaction: Job scattering plots to differentiate vesicle aggregation from supported lipid bilayer formation
纳米材料对肺液或活细胞质膜的影响促使研究人员研究纳米颗粒和脂质囊泡之间的相互作用。最近的研究表明，纳米颗粒-脂质相互作用导致了广泛的结构，包括支持的脂质双层（SLB），颗粒吸附在表面或内化囊泡内，和混合的聚集体。今天，需要有简单的协议，可以容易地评估从颗粒和囊泡获得的结构的性质。在这里，我们应用连续变化的方法来测量工作散射图，并提供在各种情况下的散射强度的解析表达式。从建模和实验测量之间的比较出现的结果是，静电在协会中起着关键作用，但它是不足以诱导形成支持的脂质双层。
2018-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure of symmetric and asymmetric "ripple" phases in lipid bilayers
我们再现对称和不对称的“波纹”$P_{β'}$状态的脂质膜的蒙特卡罗模拟的粗粒度的分子模型的脂质-溶剂混合物。其结构和性能与实验结果相吻合。不对称波纹状态的特征在于完全交叉的"缺陷“线的周期性阵列。对称波纹状态保持双层结构，但在其他方面结构相似。这两种波纹状态的形成是由具有大头部基团的脂质分子表现出张开的倾向驱动的。
2007-08-06 physics.bio-ph physics.chem-ph
Effects of Substrate Defects on Lipid Bilayer Compression Dynamics
体内和体外脂质双层通常由亚细胞结构、颗粒和人工基质支撑。底层结构的变形可以导致大的局部变形，因为双层变形以避免拉伸。在这项工作中，我们考虑的影响，通过模拟不同的双层连续和纳米多孔基板支持的底层基板内的缺陷。我们发现双层行为很大程度上取决于应变速率，并且衬底缺陷可能有助于压缩衬底的纳米管的形成。
2014-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalous diffusion of phospholipids and cholesterols in a lipid bilayer and its origins
结合广泛的分子动力学模拟的脂质双层系统的不同的化学组成与单轨迹分析，我们系统地阐明了随机性质的脂质运动。我们观察到亚扩散超过四个数量级的时间，清楚地延伸到亚微秒域。脂质运动微妙地取决于脂质化学、脂质相，特别是取决于胆固醇的存在。我们表明，分数朗之万方程运动普遍描述的脂质运动在所有阶段，包括凝胶相，并在胆固醇的存在下。这些结果强调了脂质双层中异常扩散的相关性和膜组合物的强烈影响。
2012-10-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Membrane-Protein Interactions in a Generic Coarse-Grained Model for Lipid Bilayers
我们研究膜蛋白质相互作用和膜介导的蛋白质-蛋白质相互作用的蒙特卡罗模拟的一个通用的粗粒度模型的脂双层圆柱形疏水夹杂物。疏水力的强度和蛋白质的疏水厚度系统地变化。分析预测的两个流行的分析理论：Landau-de Gennes理论和弹性理论的结果进行了比较。弹性理论提供了一个很好的描述的波动谱的纯膜，并成功地再现了膜周围的单个蛋白质的变形配置文件。然而，它的预测蛋白质之间的平均力的潜力是不兼容的模拟数据为大的距离。模拟结果表明，脂质介导的相互作用是由五个竞争因素：直接相互作用，脂质诱导的消耗相互作用，脂质桥接，脂质包装，和一个平稳的长程贡献。导致“疏水错配”的相互作用的机制进行了批判性的分析。
2008-09-10 physics.bio-ph
A simple atomistic model for the simulation of the gel phase of lipid bilayers
在本文中，我们提出了一个大规模的数值研究的结构特性的细胞膜模型，模拟作为一个双层的灵活的分子在真空中。该研究是通过在（NVE）微正则系综中对两个不同大小的系统（2x 32和2x 256个分子）在相当大的温度和密度范围内进行广泛的分子动力学模拟来进行的。使用并行平台和更多标准串行计算机。根据系统的尺寸，跟踪物理时间的动态变化，从最大系统的几百皮秒到最小系统的5- 10纳秒。我们发现，即使在没有水和忽略库仑相互作用，在整个温度和密度范围内，我们已经调查的双层保持稳定。我们所探索的物理参数区域的扩展使我们能够研究双层相图中的重要点，并暴露出密度和温度变化时的显著结构变化，这被解释为系统从晶体过渡到凝胶相。
2001-04-18 physics.bio-ph q-bio
A generic model for lipid monolayers, bilayers, and membranes
我们描述了一个简单的粗粒度模型，适合于研究脂质层及其相变。脂质由具有亲溶剂性头部和疏溶剂性尾部组件的短半柔性珠链建模。他们被迫自组装成双分子层的计算便宜的“幻影溶剂”的环境。该模型再现了单层和双层最重要的相和相变。技术问题，如蒙特卡罗并行化方案进行了简要讨论。
2006-08-23 physics.bio-ph physics.comp-ph
Changes in single K+ channel behavior through the lipid phase transition
我们发现，离子通道的活动是严格相关的相态的脂质双层托管通道。通过测量由不同相对比例的POPE和POPG组成的脂质双层中的单位电导、停留时间和K+通道的开放概率KcsA作为温度的函数，我们得到当双层处于液体无序相和固体有序相之间的过渡区域时，所有这些性质都显示出趋势反转。这些数据表明，脂质双层的物理性质影响离子通道的活动可能通过微调其构象。在一个更一般的解释框架，我们建议，其他参数，如pH值，离子强度，和两亲性药物的作用可以影响的物理行为的脂质双层的方式类似于温度变化导致跨膜蛋白的功能变化。
2010-07-20 physics.bio-ph
Rheology of sliding leaflets in coarse-grained DSPC lipid bilayers
两亲性脂质双层改变它们沉积在其上的表面的摩擦性质。特别地，与原生表面相比，测量的滑动摩擦系数显著降低。在这项工作中，我们调查的DSPC（1，2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine）脂双层的数值粗粒模型的摩擦性能受到纵向剪切。叶片间的摩擦系数是从平衡拉动和松弛模拟获得的。特别是，我们获得了瞬态粘弹性响应的剪切双层。双层的机械响应被发现显着依赖于膜的物理状态，在流体中，但不是在凝胶区域的线性响应制度的证据。
2020-07-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Relaxation of a Simulated Lipid Bilayer Vesicle Compressed by an AFM
利用粗粒分子动力学模拟，我们研究了双层囊泡的松弛，单轴压缩的原子力显微镜（AFM）悬臂。弛豫时间表现出很强的力依赖性。力-压缩曲线与最近的实验非常相似，其中巨大的单层囊泡以几乎相同的方式被压缩。
2016-10-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Probing Dynamics at Interfaces: Molecular Motions in Lipid Bilayers studied by Neutron Backscattering
如果不考虑它们的移动环境，就不能理解生理学背景下的脂质膜。在这里，我们报告了一个高能量分辨率的中子背散射研究，以探讨在纳秒时间尺度上的慢动作在高度取向的固体支持的磷脂双层模型系统DMPC -d54（氘代1，2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-phoshatidylcholine）。这种技术允许区分的Q依赖的流动性的发病，并提供了一个基准测试的可行性动态中子散射调查这些样品系统。除了脂质酰基链的冻结之外，我们还可以观察到第二个冻结温度，我们将其归因于膜堆叠之间的水合水。与（重的）散装水相比，冰点降低了几度。
2004-11-17 physics.bio-ph
Interplay of curvature-induced micro- and nanodomain structures in multicomponent lipid bilayers
我们讨论了不同的机制，曲率诱导域形成多组分脂膜，并提出了一个理论模型，使我们能够研究域之间的相互作用。该模型表示的膜由两个耦合的单层，其中每个携带一个额外的序参量字段描述当地的脂质组成。每个单层的自发曲率耦合到局部组合物，此外，相对单层上的脂质组合物彼此耦合。利用这个模型，我们在平均场近似下计算了双层膜的相行为。所得的相图令人惊讶地复杂，并揭示了各种相和相变，包括修饰的微区相，其中纳米区沿微区边界排列。我们的研究结果表明，外部膜张力可以用来控制多组分脂质双层中的纳米结构域（可能与脂“筏”相关）的横向组织。
2015-11-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase-separation transitions in asymmetric lipid bilayers
使用由脂质混合物制成的微米级脂质双层囊泡，研究了与脂质组合物的不对称性相关的相分离的形态学转变。完整的宏观相分离形态经历了一个过渡到微观相分离的形态通过一个lorate形态作为一个亚稳态。该转变导致通过重复的畴断裂事件出现单分散纳米尺寸的畴。此外，我们还利用描述相分离的含时Ginzburg-Landau模型和弯曲弹性膜对相变进行了数值验证，通过固定一个自由参数，这与实验结果定量一致.我们的研究结果表明，由于不对称的组合物的局部自发曲率起着至关重要的作用，在热力学稳定的微相分离的脂质双层。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Internal lipid bilayer friction coefficient from equilibrium canonical simulations
布朗运动理论的一个基本结果是迁移率和扩散常数之间的爱因斯坦-萨瑟兰关系。任何经典的线性响应输运系数服从类似的Einstein-Helfand关系。在这项工作中，我们展示了如何通过适当的概括爱因斯坦关系推导出脂双层的叶间摩擦系数。在实际情况中，必须特别注意在将系统耦合到恒温器时必须强制执行的系统质心位置的约束。
2022-05-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
On The Equivalence of Local and Global Area-constraint Formulations for Lipid Bilayer Vesicles
脂质双层膜通常被建模为抵抗弯曲的面积保持流体表面。在有关实际面积限制的文献中，似乎有两个思想流派。在一些作品中，囊泡的总面积或全局面积（GA）是一个规定的常数，而在其他作品中，局部面积比被分配给单位。在这项工作中，我们证明了这些表面上不同的方法在特定的情况下，当平衡配置是一个光滑的，封闭的表面属零的等价性。我们完成这一点的上下文中的欧拉-拉格朗日平衡方程，约束方程和二次变分与容许条件，为广泛的一类模型-包括相场类型。
2014-10-10 physics.bio-ph
Curvature effects in charge-regulated lipid bilayers
我们提出了脂双层膜中静电相互作用的理论，其中两个单层小叶都含有受电荷调节的可解离部分。我们专门研究了膜曲率和电荷调节的脂质双层囊泡使用线性Debye-Hückel（DH）和非线性Poisson-Boltzmann（PB）理论之间的耦合。我们发现，电荷调控的其他对称的双层膜可以诱导电荷对称性破缺，非线性挠曲电和自由能的异常曲率依赖。pH值的影响超出了静电重整化膜的机械弹性性能的范例。
2022-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Subdiffusion and lateral diffusion coefficient of lipid atoms and molecules in phospholipid bilayers
我们使用一个长的，全原子分子动力学（MD）模拟结合理论建模，研究选定的脂质原子和脂质分子的动力学在一个水合二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）脂质双层。通过对0.1 $μ$ s的分子动力学轨道的分析，我们发现脂原子和脂分子的均方位移[δ{r}（t）]^2随时间的演化呈现出三个分离的动力学区域：（i）弹道，当t < 10 fs时，[δ{r}（t）]^2 ~ t^2;（ii）亚扩散，当10 ps < t < 10 ns时，[δ{r}（t）]^2 ~ t^β，β<1;（iii）菲克扩散，当t > 30 ns时，[δ{r}（t）]^2 ~ t。我们提出了一种记忆函数方法，用于计算从弹道扩散到菲克扩散的整个时间范围内的[δ{r}（t）]^2。计算结果与分子动力学模拟结果吻合得很好。我们还研究了自中间散射函数和中子散射实验中测得的非相干动力学结构因子的脂质的亚扩散动力学的存在的影响。
2008-09-17 physics.bio-ph
Nanoscale membrane budding induced by CTxB on quasi-one component lipid bilayers detected by polarized localization microscopy
对于内吞作用和胞吐作用，膜通过脂质、蛋白质和碳水化合物的纳米级重组在平面、出芽和囊泡形貌之间转变。然而，以前试图了解纳米级弯曲的初始阶段受到实验分辨率的限制。通过偏光定位显微镜（PLM）的实施，这篇手稿报告的固有膜弯曲能力的霍乱毒素亚基B（CTxB）在准一个组件支持的脂质双层。膜芽首先以<50 nm半径检测到，生长至>200 nm半径，并延伸成更长的小管，依赖于膜张力和CTxB浓度。与平面支撑的脂质双层的浓度相比，CTxB在纳米级膜芽的正曲率顶部上多集中10倍，在负高斯曲率颈部上多集中25倍。这一发现通过将CTxB聚集和扩散与CTxB诱导的膜弯曲相关联来阐明先前的观察结果。CTxB经常被用作液体有序脂质相的标记物;然而，CTxB和膜弯曲之间的耦合提供了对CTxB诱导的膜重组的另一种理解。对脂质和CTxB进行单颗粒追踪，以揭示单分子扩散、CTxB蓄积和膜形貌之间的相关性。在纳米级芽位置观察到脂质和CTxB扩散减慢，表明膜弯曲时膜粘度或分子拥挤局部增加。这些结果表明，固有的CTxB诱导的膜弯曲作为一种机制，启动CTxB内化的细胞，最初是独立的网格蛋白，小窝蛋白，肌动蛋白，和脂质相分离。
2017-03-30 physics.bio-ph
Conformation of ultra-long-chain fatty acid in lipid bilayer: Molecular dynamics study
超长链脂肪酸（ULCFAs）是在视网膜、睾丸和皮肤等限制性组织中生物合成的。用分子动力学模拟研究了一个单体ULCFA在三种无张力磷脂双层膜中的构象。研究发现，ULCFA的超长尾部在两个小叶之间翻转，并在延伸到对侧小叶、位于两个小叶之间和折回之间波动。在所有三种情况下，随着对侧小叶中脂质的数量比增加，细长形状的比例线性降低。因此，ULCFA可以感知两个瓣叶之间的密度差异并对这些变化做出反应。
2022-10-11 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
Dependence of protein-induced lipid bilayer deformations on protein shape
膜蛋白通常使周围的脂质双层膜变形，这可以在膜蛋白的功能、调节和组织中发挥重要作用。膜弹性理论提供了一个美丽的描述蛋白质诱导的脂质双层变形，其中所有的物理参数可以直接从实验中确定。蛋白质诱导的脂质双层变形的膜弹性理论的分析处理主要集中在理想化的蛋白质形状与圆形截面，并与非圆形截面的蛋白质的微扰解。在这里，我们开发了一个边界值方法（BVM），允许建设非微扰的蛋白质诱导的脂质双层变形的非圆形蛋白质截面的解析解，为常数以及可变的边界条件沿双层蛋白质界面。我们将此BVM应用于蛋白质诱导的脂质双层厚度变形。我们的BVM再现可用的蛋白质与圆形截面和产量的解析解，蛋白质与非圆形截面，良好的协议与数值，有限元解。在此基础上，我们制定了一个简单的解析近似的双层厚度变形能与一般蛋白质的形状，并表明，适度偏离旋转对称性，这种解析近似是在良好的协议与BVM解决方案。使用BVM，我们调查蛋白质诱导的脂质双层厚度变形对蛋白质形状的依赖性，从而探索蛋白质形状和双层厚度变形的耦合如何影响蛋白质寡聚化和蛋白质构象状态的转变。
2022-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Sans Study of the Unilamellar DMPC Vesicles. the Fluctuation Model of Lipid Bilayer
在分离形状因子模型的基础上，分析了多分散单层DMPC囊泡群体的参数。基于双分子层涨落模型，模拟了中子在膜上的散射长度密度。水分子的S型分布函数描述了囊泡的水化过程。在小角光谱仪SANS-1，PSI（瑞士）获得的实验数据的拟合结果是：平均囊泡半径272埃，半径的多分散性27%，膜厚度50.6埃，烃链区域的厚度21.4埃，每个脂质分子定位的水分子数13，和DMPC表面积59。计算得到的水分子在双层膜上的分布函数直接解释了水分子容易穿透脂膜的原因。
2004-12-08 physics.bio-ph physics.chem-ph
Genesis of a Horizontal Electric Field within the Lipid Bilayer: A Bilayer-Embedded Actuation Platform
Laboratory for Nanoelectronics and Spintronics, Research Institute of Electrical Communication (RIEC), Tohoku University（东北大学电气通信研究所纳米电子与自旋电子学实验室）；Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University（东北大学生物医学工程学院研究生院）；School of Mechatronical Engineering, Beijing Institute of Technology（北京理工大学机电学院）；Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学材料研究高等研究院）；Department of Molecular Neuroscience, Faculty of Medical Sciences, University of Fukui（福井大学医学科学部分子神经科学系）；Life Science Innovation Center, University of Fukui（福井大学生命科学创新中心）
本文提出一种生物电子平台，可控制生成脂双层中性层的水平电场，研究其对电压门控钾通道的影响及在生物膜电场中的应用。
2026-04-08 physics.bio-ph
Comparing ion conductance recordings of synthetic lipid bilayers with cell membranes containing TRP channels
在这篇文章中，我们比较电导事件从单通道记录的三个TRP通道蛋白（TRPA 1，TRPM 2和TRPM 8）在人胚肾细胞中表达的合成脂质膜上记录的通道事件接近熔化过渡。来自TRP家族的离子通道参与各种感觉过程，包括热和机械接收。接近相变的合成脂质膜显示通道样事件，其响应于与诸如压力和温度的密集热力学变量的变化相关的刺激。TRP通道活性的特征在于依赖于表达的蛋白质类型的电流事件的典型模式。合成的脂质双层显示了广泛的电现象，被认为是典型的蛋白质离子通道的活性。我们发现单一的电流，突发行为，闪烁，多步电导，和尖峰行为在这两个准备。此外，我们报告的电导和寿命的脂质通道所描述的蛋白质通道。在这两个系统中看到的非线性和不对称的电流-电压关系。在没有进一步了解记录条件的情况下，很难判断短电流迹线是来自通道蛋白还是来自纯脂质膜
2011-11-14 physics.bio-ph
Lipid Bilayer Hydrodynamic Drag
脂质双层表面的流体动力学阻力部分地决定了细胞和脂质体悬浮液的流动性质。考虑到脂双层的流动性，在水-双层界面处是否应用固体样无滑移、液体样无应力或中间边界条件并不明显。虽然无滑移条件已被广泛假设了几十年，膜流变学的这一基本方面，据我们所知，从来没有直接测量的自由双层。我们应用光片荧光显微镜成像自由扩散的磷脂囊泡和确定的流体动力学阻力系数$C πηR$，其中$η$是外部流体粘度，$R$是囊泡半径，和无量纲的$C$的流动边界条件的特点。我们发现$C = 5.92 \pm 0.13$（stat.）$\pm 0.16$（系统），匹配无滑移边界的$C=6$理论值，远离零剪应力边界的$C=4$值
2019-07-05 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Ion-channel-like behavior in lipid bilayer membranes at the melting transition
众所周知，在凝胶-液体相变温度下，脂质双层膜表现出增加的离子渗透性。我们分析了量子化的电流，其中增加的磁导率本身。打开时间直方图显示“-3/2”幂律，这意味着打开-关闭转换速率随着时间的推移像$k(t) \propto t^{-1}$一样减小。我们提出了一个“孔冻结”模型来解释的意见。我们讨论了如何这种模式也导致$1/f^α$噪声，通常观察到的电流在生物和人工膜。
2010-04-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydration process of multi-stacked phospholipid bilayers to form giant vesicles
用时间分辨小角X射线散射研究了多层磷脂双层膜形成巨囊泡的水化过程。在液晶相中的脂质的水合被发现进行在两个阶段。在早期阶段，直到水合后约100 s，固体基质上的脂质双层溶胀约12 $\rmÅ$，并达到准稳定状态。在后期，几百秒后，脂质双层逐渐从堆叠中剥离。另一方面，在凝胶相中的脂质的情况下，仅观察到早期阶段。这些行为对应于取决于脂质相的巨囊泡形成的能力。根据Kramers公式讨论了剥离过程的动力学。
2006-02-28 physics.bio-ph physics.chem-ph
On measuring the bending modulus of lipid bilayers with cholesterol
关于将胆固醇添加到脂质双层中对弯曲模量的影响，最近使用中子自旋回波和核磁共振弛豫方法（涉及线性输运性质）的结果与不涉及线性输运性质的纯平衡实验的早期结果相冲突。一般性的讨论表明，如何可以被误导的数据所获得的方法，涉及线性输运性质。然后，它具体示出了如何最近的中子自旋回波结果可以解释为同意与早期的纯平衡实验结果，从而解决了这一冲突。关于核磁共振弛豫方法，应注意的是，目前的解释的数据是不清楚的身份的模量所涉及的，并探讨了另一种解释，不同意的平衡实验的结果。
2021-08-10 physics.bio-ph
The interplay between membrane viscosity and ligand-binding receptor kinetics in lipid bilayers
本研究通过引入依赖于应变水平的黏度构建脂质双层黏弹性本构模型，揭示了膜黏度与配体结合受体动力学的相互作用，为脂质筏活性及细胞力学信号传导提供了新见解。
2024-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Water-phospholipid interactions at the interface of lipid membranes: comparison of different force fields
水-磷脂相互作用对生物膜的动力学、稳定性和功能具有重要意义，并与脂双层界面上的许多生物过程密切相关。各种力场，如联合原子Berger力场、Kukol和Poger的两个改进版本，以及最近发展的全原子Slipid力场，都可以用来模拟脂双层的结构，它们的结构预测与实验数据符合得很好。在这项工作中，我们表明，尽管在结构预测的脂双层的相似性，有观察到的差异，形成氢键和水和磷脂基团之间的相互作用能量分布在脂双层/水界面，当四个力场二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）磷脂采用分子动力学模拟。特别是，与Berger及其两个改进的力场相比，Slipid力场在水和磷脂之间产生更多的氢键，并且对于它们各自的酰基尾部上的两个羧基，产生更对称的相互作用能量分布。这些差异主要归因于不同的界面水分布和使用不同力场在DPPC脂质的界面水和氧原子之间形成氢键的能力。这些结果将有助于理解水在脂双层/水界面的行为及其与磷脂的相互作用，并为脂双层模拟中力场的合理选择提供指导。
2018-01-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
The Influence of Ceramide Tail Length on the Structure of Bilayers Composed of Stratum Corneum Lipids
通过分子动力学模拟研究了由非α羟基鞘氨醇神经酰胺（CER NS）、胆固醇（CHOL）和游离脂肪酸（FFA）组成的脂质双层，这些脂质双层是人体皮肤屏障的组成部分。由于这些脂质的混合物存在于致密的凝胶相中，在生理条件下几乎没有分子流动性，因此必须小心以确保模拟与初始条件去相关。因此，我们提出并验证了一个平衡协议的基础上模拟回火，其中模拟需要通过温度空间的随机行走，使系统打破亚稳态配置，从而成为去相关的形式，其初始配置。在验证平衡方案后，研究了脂质组成和神经酰胺尾长对双层性质的影响。模拟含有纯CER NS、CER NS + CHOL和CER NS + CHOL + FFA的系统，其中CER脂肪酸尾长在每种CER NS-CHOL-FFA组合物内变化。双层的厚度被发现取决于双层的中心，这是由于研究的脂质之间的尾长不对称的结构。脂质头基之间的氢键和水被发现与整体脂质组合物的变化，但大多是独立的CER脂肪酸尾长。脂质尾部的侧向堆积也存在细微差异，这是CER尾部长度的函数。总的来说，这些结果提供了对皮肤系统中实验观察到的屏障特性改变趋势的深入了解，其中存在更多具有较短尾部的神经酰胺。
2017-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Cationic DMPC/DMTAP Lipid Bilayers: Molecular Dynamics Study
已知阳离子脂质膜与DNA形成紧密的复合物，并且在体外和体内都有效地作为基因递送剂。在这里，我们采用分子动力学模拟的详细原子的研究脂质双层组成的混合物的阳离子二肉豆蔻酰三甲基铵丙烷（DMTAP）和两性离子二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）。我们的主要目标是研究如何双层的组合物影响其结构和静电性能的液晶相。通过改变DMTAP的摩尔分数，我们已经发现，每个脂质的面积有一个显着的非单调依赖于DMTAP的浓度，最小值周围的点的等摩尔混合物。我们表明，这种行为有一个静电的起源，并驱动带正电荷的TAP头基和两性离子PC头之间的相互作用。这种相互作用导致PC头基随着DMTAP浓度的增加而发生相当大的重新取向，并引起脂双层静电性质的重大变化，包括整个双层的总偶极电位显着增加以及水的有序性的显着变化在膜附近。此外，氯反离子主要与PC氮结合，这意味着与TAP头部基团相比，Cl离子对PC头部的屏蔽更强。这些研究结果的影响进行了简要讨论。
2003-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Undulation instability in a bilayer lipid membrane due to electric field interaction with lipid dipoles
双层脂质膜（BLM）是所有生物系统的重要组成部分，形成细胞和细胞器与周围环境的功能屏障。形成膜的脂质分子含有永久性和诱导性偶极，当横向场足够强时，电场可以诱导孔的形成（电穿孔）。在这里，一个现象学的自由能被构造来模拟BLM对横向静态电场的响应。该模型包含一个连续描述的膜偶极子和头群偶极子和膜倾斜之间的耦合。膜被发现变得不稳定，通过屈曲模式，这是弱耦合到膜的厚度波动。厚度波动，随着膜屈曲产生的界面面积的增加，增加了局部膜破裂的可能性，这可能导致孔的形成。的不稳定性被发现强烈依赖于偶极头基和膜倾斜之间的耦合的强度，以及偶极有序的程度在膜。
2010-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Structure and Electrical Properties of DNA Nanotubes Embedded in Lipid Bilayer Membranes
通过脂质双层膜工程化合成纳米孔以进入细胞内部是生物技术中长期存在的挑战。在这里，我们证明了基于瓦的6-螺旋DNA纳米管（DNT）嵌入POPC脂双层的稳定性和动力学使用0.2微秒长的平衡MD模拟轨迹的分析。我们观察到，靠近管腔的脂质分子的头部基团合作地向DNA的亲水性糖-磷酸骨架倾斜，并在膜中突出的DNT补丁周围形成环形结构。此外，我们探讨了离子浓度对脂质-DNT复合物的溶液结构和稳定性的影响。通过对恒电场MD模拟的跨膜离子电流的测量，得到了脂质膜中充水DNT腔的I-V特性。随着盐浓度的增加，多孔DNT管腔的跨膜离子电导的测量值从4.3 nS变化到20.6 nS。在孔的口处具有ssDNA和dsDNA突出端的DNT的模拟显示了门控效应，对于打开和关闭状态的纳米孔，跨膜离子电导率具有显著差异。
2017-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Motion of objects embedded in lipid bilayer membranes: advection and effective viscosity
提出了一种界面正则化的Stokeslet方案来预测嵌入流动脂质双层膜中的固体（例如蛋白质或凝胶相结构域）的运动。该方法提供了一种数值途径来计算复杂流场中的速度和角速度，这些流场不适合于简单的Faxén近似。此外，当施加到剪切运动，计算产生的有效表面粘度的稀刚体负载膜的预测。在圆柱形蛋白质的情况下，有效的粘度计算相比，从文献中的两个先前的分析预测。有效的粘度预测的棒状物体在膜中的稀悬浮液。
2019-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Curvature-driven migration of colloids on lipid bilayers
胶体和蛋白质都可以与脂质双层结合，并在这些二维流体中横向移动。受蛋白质的启发，产生膜曲率，感觉到底层膜的几何形状，并迁移到高曲率的网站，我们探讨的问题：胶体，粘附到脂质双层，也可以感觉和响应膜的几何形状？我们报告的曲率迁移的Janus微粒粘附到巨大的单层囊泡拉长，目前定义良好的曲率场。然而，与蛋白质不同，蛋白质的迁移是为了使膜弯曲能最小化，胶体的迁移机制完全不同。通过确定沿轨迹耗散的能量，介导这些相互作用的能量场被推断为在局部偏曲率中是线性的，如先前报道的在不混溶流体之间的弯曲界面处捕获的胶体。然而，在后一种系统中，能量梯度要大得多，因此粒子的运动是确定性的，而囊泡上的胶体在弱曲率梯度区域的运动具有显著的波动。通过解决的作用，布朗运动，我们表明，所观察到的曲率迁移的双层胶体确实是一个曲率毛细迁移的情况下，膜张力发挥界面张力的作用。此外，由于这种运动是由膜张力和形状介导的，所以它可以通过简单地改变这些参数来调节，或者甚至打开和关闭。虽然在许多贡献中已经考虑了脂质膜上的颗粒-颗粒相互作用，但我们在这里报告了一种令人兴奋的和以前未探索的方式，以积极引导胶体迁移到脂质双层上的所需位置。
2016-02-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of an asymmetric bilayer lipid membrane in a viscous solvent
双层脂质膜（BLM）是许多生物系统的重要组成部分，在细胞和周围环境之间形成功能屏障。当膜从结构扰动松弛时，松弛的动力学取决于双层结构。我们提出了一个模型的BLM在粘性溶剂中，包括一个明确的描述的“厚”膜，其中单层小叶的厚度的波动耦合到该单层内的脂质密度的变化。我们发现色散关系描述了三种直观形式的双层运动，包括一个模式描述运动的单层间表面没有注意到以前在文献中。两个内在的长度尺度出现，有助于解释的动力学;众所周知的萨夫曼-德尔布鲁克长度和另一个，$\ell_r$，由单层间的摩擦。该框架还允许单层小叶之间的BLM参数的不对称性，这被发现耦合双层运动的动态模式。
2015-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
pH Sensing by Lipids in Membranes: The Fundamentals of pH-driven Migration, Polarization and Deformations of Lipid Bilayer Assemblies
大多数生物分子含有调节其结构和相互作用的酸碱基团。结果是pH梯度、局部异质性和动态变化被细胞和生物体用来驱动或调节特定的生物功能，包括能量代谢、囊泡运输、迁移和发育中组织的空间模式。虽然pH值在蛋白质功能中的直接或调节作用已得到充分证明，但氢离子和氢氧根离子在调节脂质组装体（如双层膜）性质中的作用才刚刚开始被理解。在这里，我们回顾的方法，使用人工脂质囊泡，已有助于提供一个理解的pH梯度和局部变化对膜矢量运动过程的影响：迁移，膜曲率的影响，促进全球或局部变形，拥挤产生的分离极化过程。在pH值引起的局部变形的情况下，一个广泛的理论框架，并应用到一个特定的生物问题，即线粒体嵴的结构和稳定性，进行了描述。
2018-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Low concentrated hydroxyectoine solutions in presence of DPPC lipid bilayers: a computer simulation study
通过半各向同性恒压（NPT）分子动力学模拟研究了羟基四氢嘧啶对DPPC脂双层存在下水溶液性质的影响。我们调查的溶剂共溶质行为的Kirkwood-Buff积分以及氢键寿命的羟基四氢嘧啶浓度增加到0.148 mol/L。所观察到的优先排除机制将羟基四氢嘧啶确定为亲液渗透剂。关于DPPC脂质双层，我们的研究结果表明，在较高的羟基四氢嘧啶浓度的存在下，表面压力以及溶剂可及表面积增加。结果与最近的实验结果一致。通过本研究，我们能够验证低浓度和生理相关渗透剂浓度下共溶质-溶质-溶剂效应的可见性。
2013-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Phase Separation of Saturated and Mono-unsaturated Lipids as determined from a Microscopic Model
提出了一个由完全饱和的DPPC和单不饱和的DOPC组成的双层膜的分子模型。该模型不仅包括恒定的密度内的疏水性的双层核心，但也倾向于链段对齐。它是在自洽的场论中解决的。DPPC的模型双层经历主链向凝胶相的转变，而DOPC的双层在零摄氏度以上不这样做，因为双键破坏了秩序。我们研究这些膜的结构和热力学性质，并发现我们的结果与实验符合合理。特别是，顺序参数配置文件与NMR实验符合得很好。在零张力下，获得这些脂质在膜中的混合物的相图。该系统在饱和脂质的主链转变温度以下进行相分离。扩展的三元DPPC，DOPC，和胆固醇系统的概述。
2005-08-01 physics.bio-ph
A New Method for Measuring Edge Tensions and Stability of Lipid Bilayers: Effect of Membrane Composition
本文报道了一种新的测量脂膜边缘张力的简便方法。该方法是基于电穿孔的巨型单层囊泡和孔闭合动力学分析。我们应用这种方法来评估膜的边缘张力与四种不同的组合物：卵磷脂（EggPC），二油酰磷脂酰胆碱（DOPC），后者与胆固醇和二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）的混合物。我们的数据证实了EggPC和DOPC的先前结果。向DOPC膜中添加17摩尔%胆固醇导致膜边缘张力增加。相反，当将相同分数的DOPE添加到膜中时，观察到边缘张力的降低，考虑到分子的倒圆锥形几何形状，这是意想不到的结果。据推测，脂间氢键是这种行为的起源。此外，发现胆固醇降低DOPC双层的溶解张力。这种行为与在由硬脂酰油酰磷脂酰胆碱制成的双层上观察到的行为不同，表明胆固醇以脂质特异性方式影响膜的机械稳定性。
2011-02-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular Dynamics Simulations of Lipid Bilayers: Major Artifacts due to Truncating Electrostatic Interactions
我们通过20 ns的分子动力学模拟研究了截断静电相互作用对完全水合的纯二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）双层膜的影响。在其中的静电相互作用被截断的计算进行比较，类似的模拟使用粒子网格埃瓦尔德（PME）技术。所有检查截断距离（1.8至2.5 nm）导致双层性质的主要影响，如增强的顺序的酰基链连同减少面积每脂质。另一方面，使用PME获得的结果与实验一致。这些文物解释的径向分布函数$g(r)$的分子和分子组在双层平面。明显的最大值或最小值g（r）恰好出现在截断距离处，表明截断引起DPPC分子的极性磷脂酰和胆碱基团之间的人工排序。在使用PME描述的系统中，不存在这种人工排序。
2002-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bilayer registry in a multicomponent asymmetric membrane : dependence on lipid composition and chain length
细胞膜生物学相当感兴趣的一个问题是跨不对称双层的相分离结构域是否彼此强烈相关，以及一个小叶中的相分离是否可以诱导另一小叶中的分离。我们回答这两个问题是肯定的，使用原子分子动力学模拟研究的3-组分{\em不对称}脂质双层包括不饱和的POPC（棕榈酰-油酰-磷脂酰-胆碱），饱和的SM（鞘磷脂）和胆固醇与不同的组成比例的平衡统计特性。我们的模拟是通过固定的组合物的上部小叶是在共存的液体有序（$l_o$）-液体无序（$l_d$）相，而下部小叶的组合物是不同的相共存制度的混合$l_d$相，跨越一阶相边界。在每个瓣叶的相共存状态下，我们发现两个瓣叶之间的$l_o$结构域具有很强的跨双层相关性，导致{\it双层注册}。这种跨双层相关性敏感地取决于参与脂质的链长和可能的脂质化学的其他特征，如饱和度。我们发现，当下小叶名义上处于混合（$l_d$）相时，上小叶中的$l_o$结构域可以{\em诱导}下小叶中的相分离。
2013-09-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nano-scale mechanical probing of supported lipid bilayers with atomic force microscopy
我们目前的理论和实验的力-距离曲线$F(z_0)$的原子力显微镜（AFM）针尖（半径$R$）压痕支持的流体双层（厚度$2d$）。对于实际条件，力由双层的面积压缩性模量$κ_A$主导，并且在极好的近似下由$F= πκ_A R z_0^2/(2d-z_0)^2$给出。我们的模型很好地描述了三组分脂质双层中共存的液体有序区和液体无序区的AFM力曲线，并提供了与文献值一致的$κ_A$。液体有序相具有类似于我们通过氢键断裂建模的屈服响应。
2010-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Monolayer curvature stabilizes nanoscale raft domains in mixed lipid bilayers
根据脂筏假说，生物脂质膜是横向异质的，并且充满了纳米级有序的“筏”结构域，这些结构域被认为对膜中蛋白质的组织起重要作用。然而，稳定这种小木筏的机制尚不清楚，甚至有时它们的存在也受到质疑。在这里，我们报告的观测筏状结构的粗粒度的多组分脂质双层分子模型。在小尺度上，我们的膜分层成液体有序（lo）和液体无序（ld）相。在大尺度上，相分离被抑制，并在ld环境中让位于包含纳米尺寸lo域的微乳液型状态。此外，我们引入了一种机制，产生筏的有限大小的单层曲率和局部组成之间的耦合。我们发现，在LO和LD相的单分子膜的自发曲率之间的不匹配诱导弹性相互作用，这降低了LO和LD相之间的线张力，可以稳定筏域的特征尺寸为几个纳米的顺序。我们的研究结果表明，筏在多组分双层膜可能是密切相关的调制纹波相位在单组分双层膜。
2013-03-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Pattern formation of phase-separated lipid domains in bilayer membranes
针对GUVs脂质相分离图案与现有理论不符的问题，提出结合膜弹性形变和脂质相分离（由优选双层曲率耦合）的理论，结合解析数值方法解释实验，给出可验证预测，为生物膜空间图案化机制研究提供新方向。
2023-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Atomistic picture of fluorescent probes with hydrocarbon tails in lipid bilayer membranes: an investigation of selective affinities and fluorescent anisotropies in different environmental phases
通过恢复到光谱学，可以监测荧光探针的生物环境的变化，并且可以检测周围脂质双层膜的各种相的存在。这项研究突出了重要的差异，在方向和位置，因此在效率之间的探针，当它们被用于荧光显微镜筛选各种脂质双层膜相。依赖于脂质的组成，两种探针的过渡态偶极矩和膜的法线之间的角度被发现明显偏离90°。可以看出，DiI-C18（5）探针位于SM：Chol混合物的头基区域，与水分子紧密接触。荧光各向异性研究还表明，与其他考虑的膜相比，DiI-C18（5）在SM：Chol膜中产生了独特的行为。对于所研究的BODIPY探针，还没有看到后一种行为，其位于膜的更深处。
2019-10-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Arrangement of Annexin A2 tetramer and its impact on the structure and diffusivity of supported lipid bilayers
膜联蛋白是以Ca 2+依赖性方式与阴离子磷脂膜结合的蛋白质家族。膜联蛋白A2与S100 A10（p11）蛋白二聚体形成异源四聚体（Anx A2 t）。该四聚体能够桥接磷脂膜，并且已表明其在转移性细胞的Ca 2+依赖性胞吐和细胞-细胞黏附中起作用。在这里，我们采用X-射线反射率测量来解决的构象Anx A2 t后，钙离子依赖性结合到单一支持的脂质双层（SLB）组成的不同混合物的阴离子（POPS）和中性（POPC）磷脂。基于我们的结果，我们提出Anx A2 t以并排构型结合，即，两个AnxA 2单体结合到双层上，p11二聚体位于顶部。此外，我们观察到一个强烈的下降后，结合的Anx A2 t的SLB与不同的POPS含量的脂质流动性。X射线反射率测量表明，结合的Anx A2 t也增加了SLB的密度。有趣的是，在SLB的面向蛋白质的小叶中，脂质密度高于面向基质的小叶。这种不对称致密化的脂质双分子层的Anx A2 t和Ca 2+可能有重要的意义的生化机制的Anx A2 t诱导的内分泌和胞吐。
2010-09-16 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.SC
Spatially Resolving the Condensing Effect of Cholesterol in Lipid Bilayers
研究了胆固醇对二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）磷脂双层结构的影响。使用原子分辨率的广泛的分子动力学计算机模拟，我们观察和量化胆固醇含量增加后的几个结构变化，统称为冷凝效应：双层增厚，增加脂质尾序，并减少横向面积。我们还观察到瓣叶交错排列的变化以及DPPC头群方向分布的缺乏。这些结果，获得了广泛的胆固醇摩尔分数，然后被用来校准分析的磷脂性质的双层含有一个单一的胆固醇分子，每个小叶，我们在空间分辨的方式进行。我们发现，一个单一的胆固醇分子影响磷脂在其第一和第二溶剂化壳，这使得这种相互作用的范围是在一到两个纳米的顺序。我们还观察到磷脂倾向于将其极性头部基团朝向胆固醇，这为双层组织的伞形模型提供了额外的支持。
2018-06-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamic Morphologies and Stability of Droplet Interface Bilayers
我们开发了一个理论框架，了解动态形态和液滴界面双层（DIBs）的稳定性，占在单层和双层的脂质动力学，和液滴蒸发由于渗透压和拉普拉斯压力之间的不平衡。我们的理论定量描述了实验中观察到的不同途径时，DIBs变得不稳定。我们发现，当脂质解吸的时间尺度是缓慢的液滴蒸发相比，脂质双层将增长和液滴接近半球形。相反，当脂质解吸快速时，双层区域将收缩并且液滴最终分离。我们的模型还表明，存在一个临界尺寸，低于该尺寸，DIB不能稳定，这可以解释实验中难以验证DIB平台的原因。
2018-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Diffusion through nanopores in connected lipid bilayer networks
开发了一种细胞间通讯的仿生模型，以探测插入线性阵列中接触液滴之间形成的合成脂质双层中的离子通道的被动分子运输。对于不同的孔浓度，测量荧光探针穿过阵列的扩散。扩散特征时间尺度与孔隙浓度呈非线性关系。我们的测量成功地模拟了连续时间的随机游走描述，其等待时间是第一次退出时间从一个液滴通过一簇孔。发现孔簇的尺寸随着它们的浓度而增加。我们的研究结果提供了一个直接的联系之间的介观渗透性能和微观特征的孔，如它们的数量，大小和空间排列。
2019-02-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Lipid Bilayer-Coated Curcumin-based Mesoporous Organosilica Nanoparticles for Cellular Delivery
具有按需释放能力和生物相容性的有效和可控的药物递送系统在生物医学应用中受到极大的关注。在这里，我们描述了一种新型的无机-有机杂化材料，其有机物含量高得惊人，几乎达到50重量%。在这项工作中合成的胶体周期性介孔有机硅（PMO）纳米粒子完全由姜黄素和乙烷衍生物作为成分，通过硅氧烷桥交联，没有任何添加的二氧化硅。这些介孔姜黄素纳米颗粒（MCNs）表现出非常高的表面积（超过1000 m2/g）、窄的粒度分布（约200 nm）和在模拟生物介质中惊人的高稳定性。此外，MCNs在活细胞实验中用作货物递送系统。支撑的脂质双层（SLB）有效地密封孔并释放罗丹明B作为HeLa细胞中的模型货物。这种新型纳米载体概念为开发可控且高度生物相容的治疗诊断系统提供了一个有前途的平台。
2015-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Label-free phase change detection of lipid bilayers using nanoscale diamond magnetometry
金刚石中的NV中心是一种质量卓越的量子传感器，可用于NMR光谱和温度测量的高灵敏度纳米级分析。在这项研究中，我们研究了纳米相变检测的脂质双层利用整体平均核自旋检测从小体积~（6 nm）$^{3}$，这是由NV中心的深度确定。纳米级NMR信号的分析证实脂质双层的厚度为6.2 nm $\pm$ 3.4 nm，质子密度为65质子/nm $^{3}$，证实在金刚石样品顶部形成脂质双层。从纳米尺度体积的相关光谱揭示了量子振荡在3.06 MHz对应的拉莫尔频率的质子在施加的磁场为71.8 mT。将相关谱的计算结果与蒙特卡罗模拟建立的二维分子扩散模型结合分子动力学模拟的结果进行了比较。当温度从26.5 $^\circ$ C变化到36.0 $^\circ$ C时，扩散常数从1.5 $\pm$ 0.25 nm $^{2}$/$μ$ s变化到3.0 $\pm$ 0.5 nm $^{2}$ / $μ$ s。我们的研究结果表明，同时观察平移扩散和温度的变化是可能的，在无标记测量使用纳米金刚石磁强计。我们的方法为细胞膜的无标记成像铺平了道路，以了解其相组成和动力学。
2021-01-12 physics.app-ph physics.bio-ph quant-ph
Atomistic simulations of a multicomponent asymmetric lipid bilayer
细胞膜在其组成上是固有的不对称和异质的，这是其功能的关键特征。采用原子分子动力学模拟，研究了由不饱和的棕榈酰-油酰-磷脂酰胆碱（POPC）、饱和的鞘磷脂（SM）和胆固醇组成的三组分不对称混合脂双层体系的物理性质.在这些模拟中，观察到液体有序的$l_o$结构域形成的初始阶段，并且发现这种结构域高度富集胆固醇和SM。目前的模拟还表明，胆固醇分子可以分配到这些SM主导的区域的比例为$3:1$相比，POPC主导的区域。SM分子表现出可测量的倾斜和长程倾斜的相关性内观察到的$l_o$域作为结果的双层的不对称性，与局部膜变形和出芽的影响。SM和胆固醇分子，这反映了空间变化的物理环境中遇到的标记粒子的标记粒子扩散，计算和最近的实验结果相比，从高分辨率显微镜。
2012-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
