系留细胞模拟中受力近似的研究

黏性次层中系留细胞的模拟常使用斯托克斯阻力，但未考虑表面修正、升力、浮力、Basset力、细胞有限惯性或附加质量的贡献。本工作中，我们研究在各种流体动力学条件下，此类贡献在多大程度上影响系留细胞锚点处的力，以及通过具有若干不同生物力学特性的系链以滑移键或捕获键附着于宿主的细菌的存活概率。我们表明，不包含其中某些贡献的后果是键所暴露的力可能被显著低估；通常低估约32-46%，其中表面修正的影响占主导（平行和法向修正系数分别贡献约5-8%或23-26%）。对于较大细胞和剪切率，Basset力是主要贡献者，高达20%。当半径>3微米的细胞处于剪切率>2000 1/s时，升力和惯性产生贡献。对于半径>3微米的细胞在剪切率<10 1/s时，浮力贡献显著。由于键的寿命强烈依赖于力，近似的程度和系链的生物力学模型都显著影响系留细菌的存活概率。对于以FimH-甘露糖键和可伸展系链附着、处于剪切率3000 1/s的细胞，忽略表面修正系数或Basset力可能意味着存活概率被高估一个数量级以上。因此，本工作表明，为了定量评估细菌附着力和存活概率，流体力和系链特性都需要精确建模。