×
杰伊·A·斯托茨基。;杰森·哈蒙德。;列奥尼德·巴夫洛夫斯基;伊丽莎白·斯图尔特。;Younger，John G。;迈克尔·J·所罗门。;大卫·M·博茨（David M.Bortz）。

使用浸没边界法的可变粘度和密度生物膜模拟，第二部分：实验验证和非均匀流变学-IBM。 （英语） Zbl 1349.76536号

J.计算。物理学。 317, 204-222 (2016).
小结：这项工作的目标是开发一种数值模拟，准确捕捉细菌生物膜及其相关细胞外基质（ECM）的生物力学响应。在这项由两部分组成的工作中，第二部分的主要重点是正式呈现非均质流变浸没边界法（hrIBM）并通过与实验结果的比较验证我们的模型。通过对浸没边界法（IBM）的这种扩展，我们使用了第一部分中最初开发的技术[J.F.哈蒙德等，CMES计算。模型。工程科学。98，No.3，295–340（2014）]将生物膜视为粘弹性流体，具有固定在一组移动位置（即细菌位置）的可变流变特性。特别是，我们在模型中加入了空间连续可变粘度和密度场。虽然在[T·G·费等，SIAM J.Sci。计算。35，第5号，B1132–B1161（2013；兹比尔1282.76088); 勘误表同上36，第4号，B776（2014）；同上，36，第3号，B589–B621（2014；Zbl 1457.65048号)]，可变粘度是在IBM环境中用于建模跨界面的离散粘度变化的，据我们所知，这项工作和第一部分是第一个应用IBM来建模连续可变粘度场的。我们通过将从我们的模型计算的动态模量和柔度模量与表皮葡萄球菌生物膜。描述了在平行板流变仪中生长和测试生物膜的实验装置。为了初始化细菌在生物膜中的位置，使用了实验获得的三维坐标数据。这项工作的主要结论之一是，将细菌之间的弹簧状连接视为Maxwell或Zener元素，可以很好地与力学特性数据相一致。我们还发现，使用不同的坐标数据集初始化模拟只会导致力学表征结果的微小变化。用于生成本文结果的Matlab代码将在https://github.com/MathBioCU/BiofilmSim.

引用于7文件

理学硕士：

76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
第76天05 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
76Z05个 生理流
92立方米 生理流量

关键词：

Navier-Stokes方程;生物膜;浸入边界法;计算流体动力学;粘弹性流体

引文：

Zbl 1282.76088号;Zbl 1457.65048号

软件：

Matlab公司;生物膜模拟;github
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{J.A.Stotsky}等人，J.Compute。物理学。317204--222（2016；Zbl 1349.76536）
全文： 内政部 arXiv公司

参考文献：

[1] Alpkvist，E。；Klapper，I.，异质生物膜发育的多维多物种连续模型，Bull。数学。生物学，69，2765-789（2007）·Zbl 1138.92371号
[2] Alpkvist，E。；Picioreanu，C。；van Loosdrecht，M.C。；Heyden，A.，具有单个细胞和连续EPS矩阵的三维生物膜模型，生物技术。生物工程。，94, 5, 961-979 (2006)
[3] 巴列斯特里诺，D。；吉戈，J.-M。；北卡罗来纳州夏邦奈尔。；哈根森，J.A.J。；Forestier，C.，肺炎克雷伯菌体外生物膜建立和成熟过程中所涉及的功能特征揭示了表面胞外多糖的双重作用，Environ。微生物。，10, 3, 685-701 (2008)
[4] Blaser，S.，《浸没在线性流场中的小椭球体颗粒表面的力》，《化学》。工程科学。，57, 3, 515 (2002)
[5] Bottino，D.C.，在浸没边界法的背景下建模粘弹性网络和细胞变形，J.Comput。物理。，147, 1, 86-113 (1998) ·Zbl 0933.74077号
[6] Brown，D.L。；科尔特斯，R。；Minion，M.L.，《不可压缩Navier-Stokes方程的精确投影方法》，J.Compute。物理。，168, 2, 464-499 (2001) ·兹比尔1153.76339
[7] 伯恩，E。；Dzul，S。；所罗门，M。；Younger，J。；Bortz，D.M.，层流中细菌聚集体的裂解后密度函数，Phys。版本E，83，4（2011）
[8] 卡尔斯劳，H.S。；Jaegar，J.C.，《固体中的热传导》（1959），牛津大学出版社
[9] 陈，C。；Ren，M。；Srinivansan，A。；Wang，Q.，生物膜流动的三维数值模拟，东亚应用杂志。数学。(2011) ·Zbl 1287.76245号
[10] Christensen，R.M.，《粘弹性理论：导论》（1982），学术出版社
[11] Dan Vo，G。；布林德尔，E。；Heys，J.，《流体-生物膜相互作用的实验验证浸没边界模型》，《水科学》。技术。，61, 12, 3033 (2010)
[12] Dillon，R.H。；Fauci，L.J。；Omoto，C。；杨欣，鞭毛和睫状体搏动的流体动力学模型，纽约科学院。科学。，1101, 1, 494-505 (2007)
[13] Dzul，S.P。；桑顿，M.M。；Hohne，D.N。；斯图尔特，E.J。；沙阿·A·A。；Bortz，D.M。；所罗门，M.J。；Younger，J.G.，肺炎克雷伯菌荚膜对细菌聚集和生物膜微观结构的贡献，应用。环境。微生物。，77, 5, 1777-1782 (2011)
[14] Fai，T.G。；格里菲斯，B.E。；Mori，Y。；Peskin，C.S.，使用快速恒效线性解算器求解变粘度和变密度问题的浸没边界法，I：数值方法和结果，SIAM J.Sci。计算。，35，5，B1132-B1161（2013）·Zbl 1282.76088号
[15] Fai，T.G。；格里菲斯，B.E。；Mori，Y。；Peskin，C.S.，《使用快速恒效线性求解器求解变粘度和变密度问题的浸没边界法》，II：理论，SIAM J.Sci。计算。，36、3、B589-B621（2014）·Zbl 1457.65048号
[16] Foster，T.，葡萄球菌（Baron，S.，医学微生物学（1996），德克萨斯大学加尔维斯顿分校：德克萨斯大学加尔维斯顿分校）
[17] Gaboriaud，F。；Gee，M.L。；斯特鲁格内尔，R。；Duval，J.F.L.，水介质中细菌界面的耦合静电、流体动力学和机械特性，Langmuir，24，19，10988-10995（2008）
[18] Ganesan，M。；斯图尔特，E.J。；扎夫兰斯基，J。；Satorius，A.E。；Younger，J.G。；Solomon，M.J.，表皮葡萄球菌生物膜多糖的摩尔质量、缠结和关联，生物大分子，14，5，1474-1481（2013）
[19] 哈蒙德，J.F。；Stewart，E。；Younger，J.G。；所罗门，M.J。；Bortz，D.M.，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 (2014) ·Zbl 1356.76052号
[20] 赖，M.-C。；Peskin，C.S.，《一种形式上具有二阶精度和降低数值粘性的浸没边界法》，J.Compute。物理。，160, 2, 705-719 (2000) ·Zbl 0954.76066号
[21] 刘，Y。；Mori，Y.，离散δ函数的性质和浸入边界法的局部收敛性，SIAM J.Numer。分析。，50, 6, 2986-3015 (2012) ·Zbl 1268.65143号
[22] 刘，Y。；Mori，Y.，《稳态Stokes问题浸入边界法的（L^p）收敛性》，SIAM J.Numer。分析。，52, 1, 496-514 (2014) ·Zbl 1427.76211号
[23] 罗，H。；米塔尔·R。；郑，X。；比拉莫维奇，S.A。；沃尔什·R·J。；Hahn，J.K.，《生物系统中流动-结构相互作用的浸没边界方法及其在发声中的应用》，J.Compute。物理。，227, 22, 9303-9332 (2008) ·兹比尔1148.74048
[24] Orszag，S.A.公司。；以色列，M。；Deville，M.O.，《不可压缩流动的边界条件》，科学杂志。计算。，1, 1, 75-111 (1986) ·Zbl 0648.76023号
[25] 巴甫洛夫斯基，L。；Sturtevant，R.A。；Younger，J.G。；Solomon，M.J.，温度对表皮葡萄球菌细菌生物膜的形态、聚合和机械特性的影响，Langmuir，31，6，2036-2042（2015）
[26] 巴甫洛夫斯基。；Younger，J.G。；Solomon，M.J.，表皮葡萄球菌细菌生物膜的原位流变学，软物质，9，1，122（2013）
[27] Peskin，C.S.，《心脏血流的数值分析》，J.Compute。物理。，25, 3, 220-252 (1977) ·Zbl 0403.76100号
[28] Peskin，C.S.，浸没边界法，数值学报。，11 (2002) ·Zbl 1123.74309号
[29] 斯图尔特，E.J。；Ganesan，M。；Younger，J.G。；Solomon，M.J.，《人工生物膜确定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513081（2015）
[30] 斯图尔特，E.J。；Satorius，A.E。；Younger，J.G。；Solomon，M.J.，环境和抗生素应激对表皮葡萄球菌生物膜微结构的作用，Langmuir，29，23，7017-7024（2013）
[31] Stull，V.R.，细菌细胞的大小分布，《细菌学杂志》。，109, 3, 1301-1303 (1972)
[32] 苏达尔桑，R。；Ghosh，S。；Stockie，J.M。；Eberl，H.J.，用浸没边界法模拟生物膜变形和剥离，Commun。计算。物理。，19、03、682-732（2016年3月）·Zbl 1373.76014号
[33] 蒂埃拉，G。；Pavisich，J.P。；内伦伯格，R。；徐，Z。；Alber，M.S.，流体流动下生物膜变形和分离的多组分模型，J.R.Soc.Interface，12，106，20150045（2015）
[34] Wrobel，J.K。；科尔特斯，R。；Fauci，L.，《斯托克斯流中的粘弹性网络建模》，物理学。流体，26，11，113102（2014年11月）·兹比尔1323.76132
[35] 张，T。；科根，N.G。；Wang，Q.，生物膜相场模型，I：理论和一维模拟，SIAM J.Appl。数学。，69, 3, 641-669 (2008) ·Zbl 1186.92015号
[36] 张，T。；科根，N.G。；Wang，Q.，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。计算。物理。，4, 1, 72-101 (2008) ·Zbl 1365.92024号
[37] 赵，J。；沈毅。；Haapasalo，M。；王，Z。；Wang，Q.，异质多物种生物膜中抗菌持久性的三维数值研究，J.Theor。生物学，39283-98（2016）·Zbl 1347.92048号
[38] 朱，L。；Peskin，C.S.，流动肥皂膜中两个拍动纤丝的相互作用，物理。流体，15，7（1954）·Zbl 1186.76611号
[39] 卓，J。；Dillon，R.，《使用浸没边界法模拟精子运动中复杂的流体-结构相互作用》，离散Contin。动态。系统。，序列号。B、 15,2343-355（2010）·Zbl 1237.37064号
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。