带电生物膜电机稳定性中的厚度效应

理解电场如何使生物膜失稳对于电穿孔技术和生物电子接口至关重要。然而，现有理论描述仍不完整。现有理论要么处理膜内有限厚度的电势，要么处理理想化零厚度界面上的电动力学流动，留下无法同时包含有限膜厚度、表面电荷和bulk电动力学的统一描述。本文应用一种最近发展出来的维度约化框架，捕捉影响带电脂质双层厚度为δ、电解质介质以勒布尔屏障长度为λ为特征尺度时，高度涨落的耦合电动力学-力学效应。我们推导了电压和电荷依赖的有效表面张力和曲率刚性的重整化，以及支配涨落不稳定性的色散关系。在有限厚度效应被忽略或屏障作用 asymptotically 强时，广泛的先前理论结果均作为本更一般理论的极限情况。关键新贡献来自跨越有限膜厚度产生的牵力矩，这在零厚度描述中不存在。在生理学屏障（δ/λ≈4）下，这些贡献占据了表面张力和曲率刚性电气修正总量的>70%。该理论进一步表明，表面电荷可在生理学电离度下稳定膜结构，增加有效张力并转移电穿孔阈值，这取决于叶片间电荷的不对称性。