考虑生物膜生长导致稀释率可变的耗体模型

在许多实际应用中，连续培养生物反应器可能因生物阻塞而功能失效，而生物阻塞通常由微生物过度生长引起。这一问题尽管已有模型明确考虑生物膜发展，却在耗体建模文献中被大大低估。在典型耗体模型中，生物膜的物理体积被认为可以忽略不计。本文我们检验了取消此假设后的理论后果。具体而言，我们提出了一个耗体的数学模型，其中生物膜体积的增加以牺牲生物反应器流体体积为代价，导致相应的稀释率按比例 reciprocally 增加。我们证明该模型是 well-posed 的，描述的生物反应器可在三种不同的动态制度下运行：洗脱平衡、共存平衡或向阻塞状态的暂态（在有限时间内到达）。我们分析了相应平衡点的数量与稳定性。特别是，我们界定了耗体从不阻塞以及在有限时间内阻塞的参数组合。我们还导出了微生物持久性和灭绝的判据。最后，我们提供了多稳定共存于稀释率可变耗体中是可行的数值证据。