通过拓扑电卷曲脂质膜边界层调控能量耗散
软凝聚态物质
2024-09-26 v5 材料科学
摘要
近期发现，施加外电场可使带有磷脂酰胆碱（PC）脂质双分子层的表面间摩擦增加两个数量级或更多，且在关闭电场后该增加完全可逆。尽管这一显著效应具有可观的应用潜力，由于其实验上难以在分子水平探测受限膜结构，其分子起源仍属未知。我们先前的分子动力学模拟揭示了此类受限脂质膜在电场下的平衡电穿孔结构；此处我们拓展该方法以研究两固体表面跨越此类PC双分子层滑动时的相关摩擦。我们将场中摩擦增强归因于电穿孔引起的膜波动；这导致脂质-水界面处一定程度的脱水，从而使两性离子头基间接触更紧密、吸引力增强，进而在双分子层相互滑动时增大摩擦耗散。此外，电场促进跨越界面间隙的脂质桥形成；在实验的滑动速度下，这些桥通过拓扑迫使滑移面穿过酰基尾-尾界面，导致滑动中更高的耗散，从而增加摩擦。我们的结果定量解释了实验观测到的边界脂质双分子层的电调制摩擦，并更一般地指示了它们如何影响接触表面间的相互作用，其中高局域横向场可能无处不在。
引用
@article{arxiv.2303.08555,
title = {Tuning energy dissipation via topologically electro-convoluted lipid-membrane boundary layers},
author = {Di Jin and Jacob Klein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.08555},
year = {2024}
}