杰·亚历山大·斯托茨基;瓦尼娅·杜基克;大卫·M·博茨。 生成具有真实微观结构和流变性的生物膜的点过程模型。 （英语） Zbl 1407.92021号 Eur.J.应用。数学。 29，第6期，1141-1177（2018）. 摘要：生物膜是展示多种多尺度生物力学行为的细菌群落。最近的实验进展已导致根据生物反应器中生长的生物膜的粘弹性模量以及生物膜的断裂和破碎特性的测量来表征这些行为。这些特性是生物膜的宏观特征；然而，我们小组以前的一项工作表明，非均匀微观特征在预测生物膜流变性方面至关重要。在本文中，我们使用统计物理学的工具开发了生物膜中细菌位置的生成性统计模型。具体来说，该模型是一种成对交互模型（PIM）。通过模拟表明，生物膜的宏观力学性质取决于微观空间模型的选择。一个关键发现是，均匀和非均匀的点集导致不同的机械性能。在数学生物膜文献中，似乎没有考虑过这种区别。我们还发现，生物知情PIM的实现具有现实的计算机力学特性，并且具有与实验数据密切匹配的统计特性。我们还注意到，具有适当数量密度的泊松空间点过程也会产生实际的力学特性，但点的空间分布并不反映我们实验观察到的生物膜中发生的情况。 引用于1文件 MSC公司： 92立方厘米10 生物力学 74层10 流固相互作用（包括气动和水弹性、孔隙度等） 60G55型 点过程（例如，泊松、考克斯、霍克斯过程） 62页第10页 统计学在生物学和医学中的应用；元分析 关键词：生物膜;生物力学;非参数密度估计;空间随机过程 软件：空间的;科恩平滑;生物膜模拟 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{J.A.Stotsky}等人，《欧洲应用杂志》。数学。29，第6号，1141--1177（2018；Zbl 1407.92021） 全文： 内政部 arXiv公司 参考文献： [1] [1] 艾布拉姆森。S.（1982）关于核估计中的带宽变化——平方根定律。Ann.Stat.10（4），1217-1223.10.1214/aos/1176345986·Zbl 0507.62040号 ·doi:10.1214/aos/1176345986 [2] [2] AlpkvistE.&公司KlapperI.（2008）使用生物膜/流相互作用的新型粒子模型描述机械反应，包括分离。水科学。《技术》55（8-9），265-273。 [3] [3] BaddeleyA.和TurnerR.（2000）空间点模式的实际最大伪似然。澳大利亚。新泽西州统计42（3），283-322.10.1111/1467-842X.00128·Zbl 0981.62078号 ·doi:10.1111/1467-842X.00128 [4] [4] 巴德利A。J.、Möller J.和Waagepetersen R。（2000）非均匀点模式中交互作用的非参数和半参数估计。国家统计局Neerlandica54（3），329-350.10.111/1467-9574.00144·Zbl 1018.62027号 ·doi:10.1111/1467-9574.00144 [5] [5] BillingsleyP.公司。（2008）《概率与测量》，John Wiley&Sons，纽约。 [6] [6] 克里斯滕森。M.（1982）《粘弹性理论：导论》，第2版，纽约：学术出版社。 [7] [7] 科尔乔利J。F.、Möller J.和Waagepetersen R。（2017）空间点过程的Palm分布教程。国际统计版次85（3），404-420.10.111/12205·Zbl 07763562号 ·doi:10.1111/insr.12205 [8] [8] 康拉德。R.马尔祖克。M.、PillaiN。S.&SmithA公司。（2016）通过局部近似加速计算密集型模型的渐近精确MCMC。美国统计协会111（516），1591-1607.10.1080/01621459.2015.1096787·doi:10.1080/01621459.2015.1096787 [9] [9] CourantR.&公司希尔伯特D。（1954）《数学物理方法》，第一卷，《物理学》。今天7（5），17-17。 [10] [10] CrockerJ.C.和GrierD。G.（1996）胶体研究的数字视频显微镜方法。胶体界面科学杂志179（1），298-310.10.1006/jcis.1996.0217·文件编号：10.1006/jcis.1996.0217 [11] [11] 克罗尼奥&van LieshoutM。N.M.（2018）空间强度函数核估计的带宽选择的非模型方法。生物特征。 [12] [12] Daley D。J.&Vere-Jones博士。（2007）《点过程理论导论：第二卷：一般理论和结构》，Springer Science&Business Media，纽约。 [13] [13] DzulS公司。P.、桑顿。M.、HohneD。N.、StewartE。沙阿·J。A.、BortzD。M.、所罗门。J.&YoungerJ.G.（2011）肺炎克雷伯菌胶囊对细菌聚集和生物膜微观结构的贡献。申请。环境。微生物77（5），1777-1782.10.1128/AEM.01752-10·doi:10.1128/AEM.01752-10 [14] [14] EpanechnikovV公司。A.（1969）多元概率密度的非参数估计。理论问题。申请14（1），153-158.10.1137/1114019·doi:10.1137/1114019 [15] [15] FaiT公司。G.、Leo-Macias.、。，斯托克斯D。L.和PeskinC。S.（2017）红细胞模拟用spectrin细胞骨架的基于图像的模型。公共科学图书馆计算。生物学13（10），e1005790.10.1371/journal.pcbi.1005790·doi:10.1371/journal.pcbi.1005790 [16] [16] 弗莱明H。C.（2011）微生物污染：未解决的问题、不足的方法和可能的解决方案。收录人：H.-C.Flemming、J.Wingender、U.Szewzyk（编辑），《生物电影集锦》，施普林格出版社，第81-109.10.1007/978-3642-19940-0_5页·doi:10.1007/978-3-642-19940-05 [17] [17] 加博里奥德。，天哪。L.、StrugnellR.和杜瓦尔。F.L.（2008）水介质中细菌界面的耦合静电、流体动力学和机械特性。朗缪尔24（19），10988-10995.10.1021/la800258n·doi:10.1021/la800258n [18] [18] GangopadhyayA和CheungK公司。（2002）核密度估计中平滑参数选择的贝叶斯方法。J.非参数统计.14（6），655-664.10.1080/10485250215320·Zbl 1013.62038号 ·网址：10.1080/10485250215320 [19] [19] 盖耶尔C。J.&MöllerJ.（1994）空间点过程的模拟程序和似然推理。扫描。《美国联邦法律大全》第21卷第4期，第359-373页·Zbl 0809.62089号 [20] [20] 关岛。（2007）对相关函数估计中的最小二乘交叉验证带宽选择方法。统计概率。Lett.77（18），1722-1729.10.1016/j.spl.2007.04.016·Zbl 1129.62027号 ·doi:10.1016/j.spl.2007.04.016 [21] [21]关岛。（2008）关于非均匀空间点过程的一致非参数强度估计。J.Am.Stat.Assoc.103（483），1238-1247.10198/0162145000000526·Zbl 1205.62139号 ·doi:10.1198/0162145000000526 [22] [22]盖隆。，马蒂亚斯J。D.和StoodleyP。（2011）生物膜力学进展。收录人：H.-C.Flemming、J.Wingender、U.Szewzyk（编辑），《生物电影集锦》，斯普林格出版社，第111-139.10.1007/978-3642-19940-0页·doi:10.1007/978-3-642-19940-0 [23] [23]吉扎尔·西卡罗斯古铁雷斯-韦加J。C.（2004）传播光波场的整数阶准离散Hankel变换的计算。J.选择。《美国社会杂志》A21（1），53-58.10.1364/JOSAA.21.000053·doi:10.1364/JOSAA.21.000053 [24] [24]大厅马龙J。S.（1991）交叉验证函数中的局部极小值。J.R.Stat.Soc.系列。B（方法论）53（1），245-252·Zbl 0800.62216号 [25] [25]哈蒙德J。F.、StewartE。J.、YoungerJ.G.、所罗门。J.和BortzD。M.（2014）使用浸没边界法的可变粘度和密度生物膜模拟，第一部分：数值格式和收敛结果。计算。模型。《工程科学》98（3），295-340·Zbl 1356.76052号 [26] [26]汉森J。P.&麦当劳。R.（1990）《简单液体理论》，英国伦敦爱思唯尔出版社·Zbl 0756.00004号 [27] [27]哈德勒W。，马龙J。S.&WandM公司。P.（1990）密度导数的带宽选择。J.R.统计序列。B（方法学）52（1），223-232·Zbl 0699.62036号 [28] [28]琼斯M。C.（1993）核密度估计的简单边界修正。统计计算3（3），135-146.10.1007/BF00147776·doi:10.1007/BF00147776 [29] [29]Kerscher.、SzapudiI.和萨莱。S.（2000）两点相关函数估计量的比较。天体物理学。J.Lett.535（1），L13.10.1086/312702·数字对象标识代码：10.1086/312702 [30] [30]兰迪S。D.&SzalayA.公司。S.（1993）角度相关函数的偏差和方差。天体物理学。J.412，64-71.10.1086/172900·doi:10.1086/172900 [31] [31]拉斯皮杜。S.&RittmannB.公司。E.（2004）模拟生物膜密度的发展，包括活性细菌、惰性生物量和胞外聚合物物质。水资源研究38（14），3349-3361.10.1016/j.watres2004.04.037·doi:10.1016/j.watres2004.04.037 [32] [32]LovettR.爱。，穆克。Y.和BuffF。P.（1976）液-气界面的结构。化学杂志。物理学。65, 2377.10.1063/1.433352 ·doi:10.1063/1.433352 [33] [33]MollerJ.&WaagepetersenR。P.（2003）《空间点过程的统计推断和模拟》，CRC出版社，佛罗里达州博卡拉顿·Zbl 1039.62089号 [34] [34]奥恩斯坦。S.&ZernikeF公司。（1914）密度偶然偏差对状态方程的影响。Koninklijke Nederlandsche Akademie van Wetenschappen诉讼19（2），1312-1315。 [35] [35]帕尔泽内。（1962）关于概率密度函数和模式的估计。安。数学。统计数字33（3），1065-1076.10.1214/aoms/1177704472·Zbl 0116.11302号 ·doi:10.1214/aoms/1177704472 [36] [36]巴甫洛夫斯基。，Younger J.G.&Solomon公司。J.（2013）表皮葡萄球菌细菌生物膜的原位流变学。软床垫9（1），122-131.10.1039/C2SM27005F·doi:10.1039/C2SM27005F [37] [37]瑞普利B。D.（1991）《空间过程的统计推断》，剑桥大学出版社·Zbl 0782.62091号 [38] [38]RosenblattM.等人（1956）关于密度函数的一些非参数估计的评论。安。数学。统计27（3），832-837.10.1214/aoms/1177728190·Zbl 0073.14602号 ·doi:10.1214/aoms/1177728190 [39] [39]西尔弗曼B。W.（1981）使用核密度估计来研究多模态。J.R.Stat.Soc.43（1），97-99。 [40] [40]SobczykK.&公司柯克纳D。J.（2012）《微观结构的随机建模》，Springer Science&Business Media，马萨诸塞州波士顿·兹比尔1013.60073 [41] [41]史特沃特E。J.、GanesanM.、。，Younger J.G.&Solomon公司。J.（2015）人工生物膜确立了基质相互作用在葡萄球菌生物膜组装和拆卸中的作用。科学。代表5，13081；doi:10.1038/srep13081·doi:10.1038/srep13081 [42] [42]斯图尔特E。J.，SatoriusA。E.、YoungerJ.G.和SolomonM。J.（2013）环境和抗生素应激对表皮葡萄球菌生物膜微结构的作用。朗缪尔29（23），7017-7024.1021/la401322k·doi:10.1021/la401322k [43] [43]斯托茨基J。A.、HammondJ。佛罗里达州巴甫洛夫斯基。，斯图尔特·E。J.、YoungerJ.G.、所罗门。J.和BortzD。M.（2016）使用浸没边界法的可变粘度和密度生物膜模拟，第二部分：实验验证和异质流变学-IBM.J.Compute。物理317204-222.10.1016/j.jcp.2016.04.027·Zbl 1349.76536号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.04.027 [44] [44]斯托扬。，伯特拉姆大学温德罗克。（1993）平面点过程的产品密度和对相关函数的估计方差。Ann.Inst.Stat.Math.45（2），211-221.10.1007/BF00775808·Zbl 0777.62084号 ·doi:10.1007/BF00775808 [45] [45]斯托扬。，肯德尔W。S.&MeckeJ公司。（1995）《随机几何及其应用》，Akademie-Verlag，柏林·Zbl 0838.60002号 [46] [46]苏达尔桑R。，戈什。，斯托克J。M.和EberlH。J.（2016）用浸没边界法模拟生物膜的变形和剥离。Commun公司。计算。物理19（3），682-732.10.4208/cicp.161214.021015a·Zbl 1373.76014号 ·doi:10.4208/cicp.161214.021015a [47] [47]萨普迪。&萨莱亚。S.（1998）n点相关的一类新估计。天体物理学。J.Lett.494（1），L41.1086/31146·doi:10.1086/311146 [48] [48]托尔夸托斯。（2013）《随机异质材料：微观结构和宏观性能》，第16卷，Springer Science&Business Media，纽约·Zbl 0988.74001号 [49] [49]TruskettT。M.、TorquatoS.和DebenedettiP公司。G.（1998）多体系统中的密度波动。物理学。修订版E58（6），7369.10.1103/物理修订版E.58.7369·doi:10.1103/PhysRevE.58.7369 [50] [50]沃格。D.、BrindleE.和海斯J。（2010）流体-生物膜相互作用的实验验证浸没边界模型。水科学。Technol.61（12），3033-3040.10.2166/wst.2010.213·doi:10.2166/wst.2010.213 [51] [51]魔杖。P.和JonesM。C.（1993）二元核密度估计中平滑参数化的比较。《美国统计协会期刊》88（422），520-528.10.1080/01621459.1993.10476303·Zbl 0775.62105号 ·doi:10.1080/01621459.1993.10476303 [52] [52]罗贝尔J。K.、CortezR.和福西尔。（2014）斯托克斯流中的粘弹性网络建模。物理学。流体（1994年至今）26（11），113102.10.1063/1.4900941·Zbl 1323.76132号 ·doi:10.1063/1.4900941 [53] [53]YeongC.杨。L.Y.和TorquatoS。（1998）重建随机媒体。物理学。版本E57（1），495.10.1103/物理版本E.57.495·doi:10.1103/PhysRevE.57.495 [54] [54]张T。，科根。G.和WangQ。（2008）生物膜的相场模型。理论和一维模拟。SIAM J.应用。数学69（3），641-669.10.1137/070691966·Zbl 1186.92015号 ·doi:10.1137/070691966 [55] [55]张T。，科根。G.和WangQ。（2008）生物膜的相场模型。ii、。生物膜-流相互作用的二维数值模拟。Commun公司。计算。物理4（1），72-101·Zbl 1365.92024号 [56] [56]赵杰。，谢恩。，哈帕萨洛姆。，WangZ.和王Q。（2016）异质多物种生物膜中抗菌持久性的三维数值研究。J.西奥。生物.392，83-98.10.1016/j.jtbi.2015.11.010·Zbl 1347.92048号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2015.11.10 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。