脂质双层介电常数的三层模型

本文提出了一种磷脂脂双膜张量式介电常数的模型。将约4纳米厚的膜视为由三个介电薄片组成的复合材料：两个磷脂头团区域各一个，以及整个脂链区域一个。每个头团薄片周围都有相等且相反的表面电荷密度，用以解释膜偶极势。通过分子动力学模拟获得的三层模型参数能够捕捉零场电势以及膜对外加电场的响应。尾区域可近似为具有真空介电常数，而头团区域由于分子偶极子的构型而呈高度各向异性。对于所研究的双膜，头团区域的垂直方向介电常数是真空的10-15倍，而平面方向介电常数大约是真空的10倍。对外加电场至30毫弥尔/纳米的膜响应发现其处于线性响应 regime。该模型克服了微观理论的一个根本局限——在头团区域由于局部电场梯度大，导致垂直方向介电常数无意义——通过对薄片宽度进行平均化，引入了新的长度尺度。我们的方法可推广到 characterize 具有类似病定义介电常数的一般界面系统。