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科学家中报道了各种生物膜生长模型和模拟 ， 尽管并非专门针对海洋防污技术 。 生物膜结构 ， 生物膜图案形成 ， 抗菌剂的影响 ， 生物膜分离机制和水动力条件对生物膜生长的影响已经使用二维和三维模型对平面进行了研究和建模 。 克雷夫特等人开发了一个模拟器 ， 使用自下而上的基于个体的生物膜生长建模方法 ， 旨在了解单个细胞与其环境相互作用的复杂组织 。 该算法模拟了单个细菌作为自主代理的生长和行为 ， 以及底物和产物的扩散和反应 。
皮乔雷努等人用二维模型研究了生物膜的异质性 ， 包括水动力过程、生物量生长、扩散和对流传输以及底物传输 。 他们的模型基于纳维-斯托克斯方程、底物质量平衡和生物质生长的动力学定律 。 贡波特等人描述了一个二维扩散模型 ， 使用蒙特卡罗模拟来模拟大肠杆菌生物膜在不同基质上的生长 ， 并考虑了覆盖生物膜的营养液的扩散速率 。
建模在仿生策略方面具有设计和预测效用 。 其中一些可能是从其他学科借来的；例如 ， 从聚等散装材料中洗脱抗生素可以外推以预测包含信号传递的表面的寿命 。 通常 ， 此类模型在静态条件下运行并假设边界层无限 ， 或假设没有边界层限制 ， 尽管它们可以使用计算流体动力学进行定制 ， 以评估一系列潜在影响流动的洗脱动力学 。 此外 ， 细胞信号反应-扩散模型已被用于预测生物膜中信号浓度的积累 。
然而 ， 在这些情况下 ， 假设信号是在生物膜中内生且均匀地产生的 。 通常还假设营养物和废物从上覆的散装流体中扩散进出生物膜 。数学和多尺度建模是设计和开发生物防污系统的有力工具 ， 尽管该系统很复杂 ， 并且难以考虑多种参数 ， 例如海水条件、微生物的物理行为、生物膜的附着分离过程和防污模型的操作条件 。 分子级模拟也有助于了解小生物、有机分子和底物之间的物理相互作用和反应机制 。
对于使用分泌信号的仿生目的 ， 测量生物体表面的浓度 ， 然后开发可用于设计在相关时间尺度上释放相似浓度的表面的预测数学模型将是有用的 。 将生长模型与洗脱模型耦合也很有用 ， 以预测浓度分布如何变化 ， 因此信号响应可能在生物膜 ， 以及生物膜的存在如何影响洗脱动力学 。 除了水下船体结构外 ， 船舶的海水处理管道和热交换器也会受到生物污损的不利影响 ， 从而影响系统的可用性和性能 。 由于这些系统通常具有暴露的金属表面 ， 因此生物污染会导致生物腐蚀 ， 从而增加安全性和财务问题 。
生物污垢不仅会显着降低热传递 ， 还会导致相当大的压降 ， 从而导致更高的泵送要求 。 尽管在海水处理系统中有多种控制生物污染的方法 ， 但由于对生物污染过程的了解不足 ， 这些常规控制策略并不总是成功的 。 这是因为在不同环境条件下 ， 不同系统中的生物污染率存在差异 。 因此 ， 需要有效的生物膜监测 ， 以优化海洋管道系统内的杀菌剂剂量策略 。
【细胞信号反应-扩散模型，已被用于预测生物膜中信号浓度的积累】生物膜分析的各种方法 ， 包括显微镜、微生物学、分子生物学、生化和物理方法 ， 最近都得到了广泛的评价 。 在各种技术中 ， 电化学传感器在检测界面金属-溶液性质的微小变化方面显示出了希望 ， 例如界面电容 。 研究表明 ， 该参数对传感器表面从初始附着到成熟生物膜形成期间的细菌附着和定殖敏感 。 然而 ， 仍然需要更大的努力来更全面地表征不同的电化学信号并使传感器和传感器阵列小型化 。
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