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Nonlinear rheological characteristics of single species bacterial biofilms.
npj Biofilms and Microbiomes ( IF 9.2 ) Pub Date : 2020-04-14 , DOI: 10.1038/s41522-020-0126-1 Saikat Jana 1, 2 , Samuel G V Charlton 2 , Lucy E Eland 3 , J Grant Burgess 4 , Anil Wipat 3 , Thomas P Curtis 2 , Jinju Chen 2
npj Biofilms and Microbiomes ( IF 9.2 ) Pub Date : 2020-04-14 , DOI: 10.1038/s41522-020-0126-1 Saikat Jana 1, 2 , Samuel G V Charlton 2 , Lucy E Eland 3 , J Grant Burgess 4 , Anil Wipat 3 , Thomas P Curtis 2 , Jinju Chen 2
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Bacterial biofilms in natural and artificial environments perform a wide array of beneficial or detrimental functions and exhibit resistance to physical as well as chemical perturbations. In dynamic environments, where periodic or aperiodic flows over surfaces are involved, biofilms can be subjected to large shear forces. The ability to withstand these forces, which is often attributed to the resilience of the extracellular matrix. This attribute of the extracellular matrix is referred to as viscoelasticity and is a result of self-assembly and cross-linking of multiple polymeric components that are secreted by the microbes. We aim to understand the viscoelastic characteristic of biofilms subjected to large shear forces by performing Large Amplitude Oscillatory Shear (LAOS) experiments on four species of bacterial biofilms: Bacillus subtilis, Comamonas denitrificans, Pseudomonas fluorescens and Pseudomonas aeruginosa. We find that nonlinear viscoelastic measures such as intracycle strain stiffening and intracycle shear thickening for each of the tested species, exhibit subtle or distinct differences in the plot of strain amplitude versus frequency (Pipkin diagram). The biofilms also exhibit variability in the onset of nonlinear behaviour and energy dissipation characteristics, which could be a result of heterogeneity of the extracellular matrix constituents of the different biofilms. The results provide insight into the nonlinear rheological behaviour of biofilms as they are subjected to large strains or strain rates; a situation that is commonly encountered in nature, but rarely investigated.
中文翻译:
单物种细菌生物膜的非线性流变特性。
在自然和人工环境中,细菌生物膜执行各种有益或有害的功能,并表现出对物理和化学扰动的抵抗力。在动态环境中,涉及到表面上的周期性或非周期性流动,生物膜可能会承受较大的剪切力。承受这些力的能力,通常归因于细胞外基质的弹性。细胞外基质的这一属性称为粘弹性,是微生物分泌的多种聚合物成分自组装和交联的结果。我们旨在通过对四种细菌生物膜进行以下的大幅度振荡剪切(LAOS)实验来了解受到大剪切力作用的生物膜的粘弹性特征:枯草芽孢杆菌,脱氮Comomonas,荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌。我们发现,对于每个被测物种而言,非线性粘弹性测度(例如,周期内应变变硬和周期内剪切增稠)在应变振幅与频率的关系图中都表现出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。我们发现,对于每个被测物种而言,非线性粘弹性测度(例如,周期内应变变硬和周期内剪切增稠)在应变振幅与频率的关系图中都表现出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中普遍遇到但很少进行调查的情况。我们发现,对于每个被测物种而言,非线性粘弹性测度(例如,周期内应变变硬和周期内剪切增稠)在应变振幅与频率的关系图中都表现出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或应变速率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。在应变振幅与频率的关系图中显示出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。在应变振幅与频率的关系图中显示出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。结果为深入了解生物膜在承受大应变或应变速率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中普遍遇到但很少进行调查的情况。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。
更新日期:2020-04-14
中文翻译:
单物种细菌生物膜的非线性流变特性。
在自然和人工环境中,细菌生物膜执行各种有益或有害的功能,并表现出对物理和化学扰动的抵抗力。在动态环境中,涉及到表面上的周期性或非周期性流动,生物膜可能会承受较大的剪切力。承受这些力的能力,通常归因于细胞外基质的弹性。细胞外基质的这一属性称为粘弹性,是微生物分泌的多种聚合物成分自组装和交联的结果。我们旨在通过对四种细菌生物膜进行以下的大幅度振荡剪切(LAOS)实验来了解受到大剪切力作用的生物膜的粘弹性特征:枯草芽孢杆菌,脱氮Comomonas,荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌。我们发现,对于每个被测物种而言,非线性粘弹性测度(例如,周期内应变变硬和周期内剪切增稠)在应变振幅与频率的关系图中都表现出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。我们发现,对于每个被测物种而言,非线性粘弹性测度(例如,周期内应变变硬和周期内剪切增稠)在应变振幅与频率的关系图中都表现出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中普遍遇到但很少进行调查的情况。我们发现,对于每个被测物种而言,非线性粘弹性测度(例如,周期内应变变硬和周期内剪切增稠)在应变振幅与频率的关系图中都表现出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或应变速率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。在应变振幅与频率的关系图中显示出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。在应变振幅与频率的关系图中显示出细微或明显的差异(Pipkin图)。生物膜还表现出非线性行为和能量耗散特征的变化,这可能是不同生物膜的细胞外基质成分异质性的结果。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。结果为深入了解生物膜在承受大应变或应变速率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中普遍遇到但很少进行调查的情况。结果为深入了解生物膜在承受大应变或高应变率时的非线性流变行为提供了见识。自然界中经常遇到但很少调查的情况。