流体膜与囊泡动力学的数值计算
计算物理
2015-11-11 v3 软凝聚态物质
生物物理
摘要
囊泡和许多生物膜由两层脂质分子组成，并形成闭合的脂质双分子层。囊泡的动力学行为非常复杂，呈现出多种形态和形状。脂质双分子层可被视为表面流体，因此其演化控制方程包括表面 (Navier--)Stokes 方程，该方程特别考虑了膜粘度。演化由源于膜曲率弹性的力驱动。此外，表面流体方程与体相 (Navier--)Stokes 方程耦合。我们引入了一种参数化有限元方法来求解这一复杂的自由边界问题，并展示了基于完整 (Navier--)Stokes 系统针对几种不同情景的首次三维数值计算。例如，研究了膜粘度、自发曲率和面积差弹性 (ADE) 的影响。特别是结果表明，即使在体相流体之间没有粘度对比的情况下，通过增加膜粘度也可以实现从坦克履带运动到翻滚运动的转变。除了经典的坦克履带运动和翻滚运动外，还出现了一种分离这些经典模式的另一种模式（本文称为过渡模式，最初称为振荡 - 呼吸模式，随后也称为颤动、过渡和摆动模式），我们对其进行了数值研究。我们还研究了在剪切流中，ADE 和自发曲率模型中的平衡形状特征（如出芽行为或海星形状）是如何表现的。
引用
@article{arxiv.1504.05424,
title = {Numerical computations of the dynamics of fluidic membranes and vesicles},
author = {John W. Barrett and Harald Garcke and Robert Nürnberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.05424},
year = {2015}
}
备注
Minor corrections; 15 pages, 26 figures