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活性粒子在巨大的脂质囊泡中引起较大的形状变形

生物细胞产生由从内雕刻它们的膜积极感测和对外部刺激的响应或探索他们的环境的复杂结构1,2,3,4。几种致病细菌还提供了局部力如何从内部强烈变形细胞膜,从而导致邻近健康哺乳动物细胞5入侵的例子。

巨单层囊泡已经成功地用于作为最小模型系统,用以模拟生物细胞6,7,8,9,10,11,但是要实现一个具有局部活动内力的最小系统,该系统可以使内部的脂膜强烈变形并导致剧烈的形状变化,这仍然具有挑战性。在这里,我们提出了一个组合的实验和模拟研究,表明封闭在巨大的单层囊泡中的自推进颗粒如何引起过多的非平衡形状和活性膜波动。使用共聚焦显微镜,在实验中,我们探索了膜对自电泳Janus微游泳器施加的局部力的响应。

为了量化动态膜的变化,我们对封装在由动态三角化表面建模的薄膜壳中的活性布朗粒子进行了朗格文动力学模拟。在较低和中等的颗粒负载下观察到最明显的形状变化,形成类似系绳的突起和高度分支的树突状结构,而在高体积分数下,观察到整体变形的囊泡形状。最终的状态图预测了局部内力产生各种膜形状的条件。这种扭曲的囊泡形态的可控实现可以改善人造系统的设计,例如小型软机器人和合成细胞。

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