生物膜的物理学——导论

生物膜是由微生物组成的复杂、自组织的群落，能产生功能性、保护性的生物分子基质。从物理上看，生物膜的结构可描述为一个纠缠的聚合物网络，在营养物梯度、细胞分化、群体感应、细菌运动及与环境相互作用的影响下生长与变化。其发育过程复杂，并不断适应环境刺激。本文回顾了支配生物膜起始、生长与发育的基本物理过程。两个重要机制引导着生物膜生命周期的初始阶段：（i）细胞在固体界面附近或之上的运动性，以及（ii）细胞粘附。这两个过程对于启动菌落并确保其稳定性至关重要。成熟的生物膜表现为一种具有复杂、历史依赖动力学的粘弹性流体。我们讨论了在确定其物理性质方面的进展与挑战。目前已有实验与理论方法，旨在整合生物膜相互作用的层级结构，以及组成与空间结构的异质性。我们还讨论了未来工作应指向的重要方向。