活性粒子穿透平面弹性膜的理论

随着生物医学和生物技术创新的快速发展，深入理解纳米材料与细胞膜、组织和器官之间相互作用的本质已变得愈发重要。纳米颗粒主动穿透细胞膜是一种引人入胜的现象，可能对各种生物医学和临床应用具有重要影响。利用完全解析理论并结合基于粒子的计算机模拟，研究了活性粒子穿透平面二维弹性膜的过程。该膜被建模为自组装粒子片，均匀排布于正方形晶格上。引入粗粒化模型描述膜粒子间的相互作用。假设主动穿透粒子与膜粒子发生空间位阻相互作用。给出了状态图，以相关控制参数为函数全面刻画系统行为，这些参数支配不同动力学态之间的转变。识别出三种不同情形：活性粒子被捕获、穿透膜后膜自愈合，以及穿透并造成膜永久破坏。最后一种情形伴随膜的部分碎裂，并产生尺寸超过膜组分相互作用范围的孔洞。我们的解析理论基于微扰展开技术与离散-连续体表述的结合。我们的方法或有助于预测涉及运动游动细菌或人造活性粒子的实空间实验中捕获与穿透之间的转变阈值。