生物膜是指附着于载体表面的一种极其复杂的、高度组织系统化的微生物群落,其广泛存在于自然与工业环境中,并影响着人类的生活和健康。群体感应是细菌生物膜内特有的信息交流系统,参与调控细菌的多种生活习性以及生理过程,有利于细菌更好的适应外界环境。长期以来人们一直忽视细菌生物膜内的信息交流,因此探讨细菌生物膜的群体感应过程对研究细菌生物膜至关重要。本文的研究主要从以下几个方面展开:1、建立生物膜模型,并利用Fluent和MATLAB软件对其进行仿真分析,研究流场速度对群体感应的影响。结果表明,生物膜速度过大时,细菌生长所受到的阻碍作用大,不利于群体感应过程的诱发;而其速度过小时,对群体感应过程的影响作用不明显,研究误差过大,因此选择中等流速作为生物膜生长的流体速度。2、运用常微分方程构建细菌生物膜群体感应的数学模型,并利用MATLAB软件对构建的数学模型进行数值模拟。结果表明,细菌生物膜内群体感应过程未诱发时,下调细菌生物质是细菌生物质的主要部分,上调细菌生物质和群体感应信号分子几乎为零。随着下调细菌生物质向上调生物质转化,信号分子浓度的增加速度逐渐增大,群体感应过程开始诱发。3、运用偏微分方程构建细菌生物膜群体感应的数学模型,研究复杂情况下生物膜的群体感应过程,并利用MATLAB软件进行模型仿真,结果表明,群体感应诱发前,细菌生物膜的生长对营养物质的消耗速度慢,下调细菌生物质占细菌生物质的绝大部分,上调细菌生物质和信号分子浓度很低。随着细菌生物质之间的转化,细菌生物膜的生长对营养物质的消耗速度急剧增加,上调细菌生物质浓度大幅增加,群体感应信号分子的分泌量不断增加,信号分子的浓度不断增加最终达到阈值浓度,生物膜进入群体感应过程。