Fundamentals of Biofilm Research pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Lewandowski, Zbigniew/ Beyenal, Haluk

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 178.48

装帧:HRD

isbn号码:9780849335419

丛书系列:

图书标签:

Biofilm
Microbiology
Bacterial Biofilms
Biofilm Formation
Biofilm Control
Infection
Microbial Communities
Surface Microbiology
Biomaterials
Medical Devices

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具体描述

The history of natural sciences demonstrates that major advances in the understanding of natural processes follow the development of relevant tools. The progress of biofilm research is no different. While individual areas have mushroomed in recent years, difficulties in reproducing results, communicating new findings, and reconciling differences in conceptual versus mathematical advances are holding back the true growth of the field. "Fundamentals of Biofilm Research" offers a system of compatible tools and measurements that can be used to conduct biofilm studies and consistently interpret their results. After extensive testing and refinement in labs and classrooms over twenty years, the authors introduce a coherent system of conceptual, physical, computational, and virtual tools to help achieve reproducible results, align research specific parameters, ease difficulties in communication among disparate arenas, and implement consistent and reproducible procedures to interpret meaningful results. The authors reconcile the inability of computational methods to account for conceptual variables with the use of the stratified biofilm model. In this way researchers can combine the results of various measurements conducted within the space occupied by the biofilm. In addition to the wealth of information provided in the book, the authors also provide a CD with several software packages including extracting numerical parameters, computing nutrient concentration, calculating biokinetic parameters, controlling micropositioners, and measuring chemical concentration using microelectrodes. Emphasizing process analysis, engineering systems, biofilm applications, and mathematical modeling, "Fundamentals of Biofilm Research" provides the tools to synergize and unify research and advance biofilm research as a whole.

生物膜研究的基石：微生物生态学与生物工程的交汇本书导论：理解无处不在的生物膜现象生物膜，作为微生物生命活动的一种重要且普遍存在的形式，早已超越了简单的微生物聚集体的范畴，成为生物学、医学、材料科学和环境工程等多个领域关注的核心议题。它们由微生物群落及其分泌的胞外聚合物基质（EPS）构成，附着在各种界面上，从人体的牙菌斑到工业冷却塔的污垢，无处不在。对生物膜的深入理解，不仅关乎基础生命科学的奥秘，更直接影响着人类的健康、水资源的保护、生物燃料的生产以及新材料的开发。《生物膜研究的基石》旨在提供一个全面且深入的视角，聚焦于生物膜的形成机制、结构复杂性、生态功能以及其在实际应用中的调控策略。本书并非一部概述性的教科书，而是侧重于引导读者深入理解生物膜研究中那些关键的科学原理和前沿技术。第一部分：生物膜的形成与微环境本部分将详细阐述生物膜从初始附着到成熟群落的动态演化过程。我们将从分子层面剖析关键的信号转导途径，特别是群体感应（Quorum Sensing, QS）在生物膜结构组织和基因表达调控中的核心作用。初始附着与表面相互作用：探讨不同类型的微生物（细菌、真菌、藻类）如何识别并选择附着表面。着重分析范德华力、静电相互作用、疏水性以及特异性粘附因子的作用。我们还将深入探讨“生物膜的先驱者”这一概念，即哪些菌种率先定植，以及它们如何为后续群落的建立创造条件。 EPS基质的生物化学： EPS是生物膜的“骨架”和“水泥”。本书将详细解析EPS的组成，主要包括多糖、蛋白质、核酸（eDNA）和脂质。重点阐述不同组分如何协同作用，赋予生物膜机械强度、保护性以及物质交换的调控能力。例如，探讨多糖链的空间结构如何影响水动力学和营养物质的扩散梯度。生物膜内部的异质性：成熟的生物膜并非均匀的结构。我们将分析生物膜内部因氧气、pH值、营养物质和代谢产物分布不均而产生的微环境梯度。这种梯度如何驱动不同的生理状态（如代谢活跃区与休眠区），以及如何促进耐药性基因的水平转移。第二部分：生物膜的生态学与基因组学生物膜是微生物群落的微型生态系统。本部分将侧重于解析生物膜内部的物种互作、功能分化及其在复杂环境中的生态角色。多物种生物膜的复杂互动：现实中的生物膜很少是单一菌种的。我们将剖析共生、拮抗及中性关系在生物膜结构形成中的影响。特别关注不同物种如何共享资源、共同代谢或通过分泌次级代谢产物进行竞争。例如，探讨在废水处理或土壤修复中，优势物种如何通过代谢优势来抑制或促进其他功能性微生物的生长。生物膜的基因表达调控：相比于处于对数生长期（planktonic phase）的微生物，生物膜中的微生物表现出显著不同的基因表达谱。我们将回顾利用高通量测序技术（如RNA-Seq和ChIP-Seq）揭示的生物膜特异性基因集，特别是那些与压力耐受、EPS生产和生物膜维持相关的基因簇。抗生素耐药性的堡垒：生物膜是抗生素耐药性的主要温床之一。本书将专门探讨生物膜如何通过物理屏障（EPS）、代谢减速（Persister细胞）以及跨物种的耐药基因传递，极大地增强微生物对抗菌剂的抵抗力。分析当前研究中揭示的、绕过或穿透生物膜屏障的分子机制。第三部分：生物膜的定量分析与生物工程应用理解机制的最终目的是为了控制和利用。本部分聚焦于生物膜研究的前沿技术和其在工业及医学领域的实际应用。先进的成像与定量技术：传统的光学显微镜已不足以描绘生物膜的复杂性。我们将详细介绍共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）在三维结构解析中的应用，特别是结合荧光原位杂交（FISH）技术对特定物种进行空间定位的能力。此外，还将讨论原子力显微镜（AFM）在探究EPS力学特性和细胞表面相互作用中的价值。生物膜的“善意”应用：生物膜技术并非总与污染相关。本部分将深入探讨生物膜在生物修复（如重金属吸附、有机污染物降解）、生物传感器构建以及生物燃料生产（如藻类生物燃料）中的潜力。重点讨论如何通过工程化载体和控制流体力学条件来优化“有益”生物膜的功能效率。生物膜的抑制与清除策略：针对生物膜带来的腐蚀、堵塞和感染问题，本书将系统回顾和评估现有的生物膜控制方法。除了传统的杀菌剂外，我们将着重分析新兴的非接触式策略，包括：表面改性：发展超疏水、超亲水或具备定时释放抗菌剂功能的表面涂层。靶向信号干扰：设计能够特异性阻断群体感应信号的分子（AI-2抑制剂或受体拮抗剂）。生物学控制：利用噬菌体或生物膜解聚酶来选择性地破坏成熟的EPS基质或杀死特定的生物膜定植菌。结语：面向未来的挑战与机遇本书的收尾将展望生物膜研究的未来方向，包括开发能够实时监测生物膜动态变化的活体探针技术，以及将人工智能和机器学习模型应用于预测复杂生物膜群落的演替路径和耐药性发展趋势。我们相信，对生物膜这一普遍存在的生命现象的深入解析，将持续为解决全球性的环境、能源和健康挑战提供创新的解决方案。