荧光假单胞菌生物膜的流变学：从实验到预测性耗散粒子动力学介观建模
软凝聚态物质
2023-08-01 v1
摘要
细菌生物膜在力学上表现为粘弹性介质，由微米级细菌交联于嵌入水中的自产胞外聚合物物质（EPS）网络构成。数值建模的结构原则旨在描述介观粘弹性，同时不丢失在水动力应力下广泛变形区间内潜在相互作用的细节。在此，我们应对在计算上模拟细菌生物膜以在可变应力条件下进行预测性力学分析的挑战。现有模型由于需要大量参数以使其在应力作用下运作，尚不能完全令人满意。受先前对荧光假单胞菌的结构刻画（Jara et al. Front. Microbiol. (2021)）指导，我们提出一种基于耗散粒子动力学（DPD）的力学建模方法，其在施加剪切下捕捉细菌颗粒与交联EPS嵌入物之间拓扑和组成相互作用的本质。荧光假单胞菌生物膜已在模拟体外所承受剪切应力的力学应力下建模。通过变化外部施加的变振幅和频率剪切应变场，研究了DPD模拟生物膜的力学特征预测能力。通过使流变响应在底层微观尺度的保守介观相互作用与摩擦耗散中涌现，探索了生物膜基本成分的参数图谱。所提出的粗粒化DPD模拟定性地捕捉了荧光假单胞菌生物膜在数个数量级动态标度下的流变学。
引用
@article{arxiv.2307.16641,
title = {Rheology of Pseudomonas fluorescens biofilms: from experiments to predictive DPD mesoscopic modelling},
author = {Jose Mart. n-Roca and Valentino Bianco and Francisco Alarcon and Ajay K. Monnappa and Paolo Natale and Francisco Monroy and Belen Orgaz and Ivan L. pez-Montero and Chantal Valeriani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.16641},
year = {2023}
}