纳米级膜系绳的超额面积依赖标度行为

细胞膜中的热涨落表现为超额面积 (${\cal A}_{\rm ex}$)，它支配着亚微米尺度上的多种物理过程。我们提出了一个理论框架，基于计算机模拟 (in silico) 的系绳拉伸方法，可用于可靠地估算活细胞中的${\cal A}_{\rm ex}$。我们从模拟中估算的系绳力与我们对从破裂的巨大单层囊泡 (GUVs) 和 HeLa 细胞中提取的系绳的实验测量结果吻合良好。通过展示我们所有的计算以及针对 15 种不同细胞类型的系绳提取实验均坍缩到两个统一的标度关系上（映射系绳力、系绳半径、弯曲刚度$\kappa$和膜张力$\sigma$），我们证明了该方法的重要性和有效性。我们表明，润湿区域的大小$R_{\rm bead}$是决定提取系绳半径的重要因素：当$R_{\rm bead}<\xi$时，系绳半径等于$\xi=\sqrt{\kappa/2\sigma}$（膜的特征长度尺度）；当$R_{\rm bead}>\xi$时，系绳半径等于$R_{\rm bead}$。我们还发现，估算的超额面积遵循线性标度行为，该行为仅取决于膜的真实${\cal A}_{\rm ex}$值；基于此，我们提出了一种自洽技术来估算细胞中超额膜面积的范围。