耦合肿胀和生长的大变形理论及其在肿瘤和细菌生物膜中的应用
摘要：软生物系统的力学和物理建模，如肿瘤和细菌生物膜的生长，引起了广泛关注。固态肿瘤占癌症死亡率的85\%以上，细菌生物膜占所有人体微生物感染的重要部分。这些生长的生物系统是流体和固体组分的混合物，通过吸收扩散物种如流体和营养物质(肿胀)，并将一些扩散物种转化为固体材料(生长)来增加其质量。实验证明，这些系统可以通过大量的肿胀，并且肿胀和生长是内在耦合的。然而，现有的肿胀耦合生长理论采用线性渗透弹性理论，只适用于小肿胀形变，并采用现象学型处方来确定生长速率与扩散物种浓度和系统中的应力状态之间的依赖关系。特别是，生长的终止是通过扩散物种的临界浓度和稳态应力的设定来强制执行的。相比之下，通过开发一个完全耦合的肿胀-生长理论，通过非线性渗透弹性，我们展示了生长的紧急驱动应力自动捕获了所有上述现象。此外，我们还展示了对于考虑的软生长系统，稳态应力和临界浓度的影响可以在一个关键的肿胀比例的单一概念下进行比较。我们通过能够捕捉在各种机械和扩散-消耗约束下生长的肿瘤和生物膜的实验观察，展示了该理论的适用性。此外，与广义混合理论相比，我们的理论易于通过最小的物理推动参数空间进行相对容易的数值实现。
作者：Chockalingam Senthilnathan, Tal Cohen
论文ID：2307.06927
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-07-14