非均匀带电表面与半透膜的静电相互作用

本文研究了非均匀带电壁与中性半透膜之间的静电相互作用。该壁由周期性条纹组成，其电荷密度在一个方向上变化。膜与电解质溶液的体相储库接触，并通过一层无盐液体薄膜与壁隔开。一种离子（小反离子）渗透进入间隙，产生依赖于距离的膜电势，由于间隙中反离子云的重叠，这转化为排斥性的静电分离压。为了量化这一效应，我们使用了两种互补的方法。首先，我们提出了一种基于线性化 Poisson-Boltzmann 方程和傅里叶分析的平均场理论。这些计算使我们能够估计壁上非均匀电荷图案对诱导的非均匀膜电势的影响，以及分离压作为间隙函数的数值。其次，我们对具有显式离子的相同系统进行了朗之万动力学模拟。两种方法的结果在低表面电荷和小间隙情况下吻合良好，但在高电荷下由于非线性而存在差异。这些结果表明，壁电荷的非均匀性可能导致静电排斥的大幅降低，从而极大地促进复杂合成和生物系统中的自组装。