A bacterial biofilm is an aggregate of micro-organisms growing fixed onto a solid surface, rather than floating freely in a liquid. Biofilms play a major role in various practical situations such as surgical infections and water treatment. We consider a non-linear PDE model of biofilm growth subject to initial and Dirichlet boundary conditions, and the inverse coefficient problem of recovering the unknown parameters in the model from extra measurements of quantities related to the biofilm and substrate. By addressing and analysing this inverse problem we provide reliable and robust reconstructions of the primary physical quantities of interest represented by the diffusion coefficients of substrate and biofilm, the biomass spreading parameters, the maximum specific consumption and growth rates, the biofilm decay rate and the half saturation constant. We give particular attention to the constant coefficients involved in the leading-part non-linearity, and present a uniqueness proof and some numerical results. In the course of the numerical investigation, we have identified extra data information that enables improving the reconstruction of the eight-parameter set of physical quantities associated to the model of biofilm growth.


翻译:细菌生物胶片是固定在固体表面而不是自由漂浮在液体中的微生物的集合体。生物胶片在各种实际情况下,例如外科感染和水处理中起着重要作用。我们认为生物胶片增长的非线性PDE模式取决于初始和迪里赫特边界条件,以及从生物胶片和基底相关数量的额外测量中恢复模型中未知参数的反向系数问题。通过处理和分析这一反向问题,我们提供了可靠和有力的数据资料,有助于改进与生物胶片增长模型相关的八度实际数量的重建。

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