Morphology change in nematic membranes induced by defects

Abstract

ABSTRACT. The cell membrane is one of the most important structures of living organisms. This is due to the many functions attributed to it such as permeable selectivity, protection, anchoring to the cytoskeleton and so many others. Any change in the shape of the cell membrane may affect directly the properties and abilities. In this article, we study how defects in the liquid crystalline organization of a membrane can change its shape. For performing this, we consider a membrane with orientational order, i.e., a nematic membrane, which can happen in biological membranes, nematic films and other systems and study how a defect in this order can change the shape of the membrane when the bending rigidity is considered. We find that depending on the ratio of rigidity and elastic constant, buckling of this membrane may happens and turn it into pseudo-spheres.Keywords: +1 defects, nematic liquid crystals, bending rigidity, buckle. Mudança de morfologia em membranas nemáticas induzida por defeitos RESUMO.A membrana celular é uma das estruturas mais importantes dos seres vivos. Isto se deve aos vários fatores atribuídos a ela como permeabilidade seletiva, proteção, ancoramento ao citoesqueleto e vários outros. Qualquer mudança no formato da membrana celular pode afetar diretamente suas propriedades e habilidades. Neste artigo, estudamos como defeitos na organização liquido cristalina de uma membrana pode mudar o seu formato. Isto é feito considerando-se uma membrana com ordem orientacional, isto é, uma membrana nemática, o que pode ocorrer em membranas biológicas, filmes nemáticos e outros sistemas e estudamos como defeitos nesta ordem podem mudar o formato da membrana quando a rigidez da membrana é levada em conta. É encontrado que dependendo da razão entre rigidez e constante elástica, curvaturas desta membrana podem ocorrer levando a formatos conhecidos como pseudo-esferas.Palavras-chave: defeitos +1, cristais líquidos nemáticos, rigidez, curvatura.

Numerical insights into the phase diagram of p-atic membranes with spherical topology

“…In the previous analytical description of membrane buckling induced by disclinations, cone-like configurations are assumed. This is probably a good approximation, however, recent numerical analysis of the corresponding free energy suggests that the equilibrium configurations rather resemble pseudo-spheres [39]. In their study free energy minimisation was only considered for + 1 p disclinations, which appear naturally for a spherical p-atic membrane.…”