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生成具有真实微观结构和流变性的生物膜的点过程模型

剑桥大学出版社在线出版：2018年5月16日

杰·亚历山大·斯托斯基 ,
VANJA DUKIC公司 和
大卫·博茨
杰·亚历山大·斯托斯基
附属：
科罗拉多大学应用数学系，博尔德，CO 80309-0526，美国电子邮件：Jay.Stotsky@colorado.edu, Vanja.Dukic@colorado.edu公司, dmbortz@colorado.edu
VANJA DUKIC公司
附属：
科罗拉多大学应用数学系，博尔德，CO 80309-0526，美国电子邮件：Jay.Stotsky@colorado.edu, Vanja.Dukic@colorado.edu, dmbortz@colorado.edu
大卫·博茨
附属：
科罗拉多大学应用数学系，博尔德，CO 80309-0526，美国电子邮件：Jay.Stotsky@colorado.edu, Vanja.Dukic@colorado.edu, dmbortz@colorado.edu
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摘要

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生物膜是细菌群落，表现出多种尺度的生物力学行为。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，实现生物知情的PIM具有现实意义生物信息学并且具有与实验数据紧密匹配的统计特性。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。

关键词

生物膜生物力学非参数密度估计空间随机过程
类型
论文
问询处
欧洲应用数学杂志 ,第29卷 ,专题6：生物膜 2018年12月 第1141-1177页
版权
版权所有©剑桥大学出版社2018

脚注

†这项工作得到了美国国家科学基金会对DMB的PHY-0940991和DMS-1225878资助，以及能源部通过计算科学研究生奖学金计划DE-FG02-97ER25308对JAS的部分支持。

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