作为多孔弹性材料的生物膜

生物膜是由细菌聚集并被自身产生的聚合物基质包裹而成的结构，它们附着于潮湿表面，并对化学物质和抗生素具有极强的抵抗力。最近的实验表明，生物膜的结构是由弹性变形与液体传输在生物膜内部的相互作用所决定的，这种相互作用是对细胞活动以及与周围环境交互的响应。我们提出了一个多孔弹性模型，用于描述在琼脂表面扩散的三维生物膜中的弹性变形和液体传输。边界的运动可以通过结合使用针对琼脂/生物膜界面的冯·卡门型近似和针对生物膜/空气界面的薄膜近似来描述。细菌活动通过源项和残余应力（无论是唯象的还是从微观模型推导出的）来影响宏观连续模型。我们提出了一种基于细菌活动的简单元胞自动机描述来估计此类残余应力结构的方法。受图像处理的启发，我们展示了一种滤波策略，该策略能有效平滑由随机元胞自动机规则提供的粗糙张量，使我们能够将其插入宏观模型而不会引起数值不稳定。