10702

10702

كاربرد مدل هاي مكانيك تماس در منيپوليشن سلول هاي بيولوژيك توسط AFM

كارشناسي ارشد

مكانيك - مهندسي پزشكي - بيومكانيك

خرداد ماه 1391

خرداد ماه 1391

پروفسور محرم حبيب نژاد كورايم - دكتر منصور عليزاده

بيوتكنولوژي يكي از حوزه¬هايي است كه در سال¬هاي اخير رشد قابل توجهي داشته است و در آن نياز به ساخت و كنترل سيستم¬هاي بيولوژيكي در مقياس ميكرو و نانو شديدا احساس مي¬شود. اختراع ميكروسكوپ نيروي اتمي به¬عنوان وسيله¬اي كه قادر به لمس و حتي منيپوليشن سلول است، در اين راستا پيشرفت بزرگي به¬شمار مي¬رود. اما براي استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي در فرآيندهاي تماسي نياز به شاخه¬اي از علم به نام مكانيك تماس به چشم مي¬خورد. مكانيك تماس به مطالعه¬ي تغييرشكل جامداتي مرتبط مي¬شود كه در يك يا چند نقطه با يكديگر در تماسند. مدل¬هاي مكانيك تماس مختلف شامل جي كي آر، دي ام تي، هرتز، ام دي و غيره به-عنوان رويكردهاي مكانيك محيط پيوسته در مقياس نانو مورد استفاده قرار گرفته¬اند. در اين پروژه مدل¬هاي مكانيك تماس تغييرشكل كوچك براي دو نانوذره¬ي طلا و دي ان اي مورد مقايسه قرار گرفته¬اند. قبل از به¬كارگيري اين مدل¬ها براي محيط بيولوژيك، نيروهاي بين مولكولي موجود در محيط بيولوژيك شبيه¬سازي شده و به¬منظور اصلاح مدل¬هاي تماسي به نيروي خارجي اضافه شد. شبيه¬سازي اين نيروها حاكي از مقادير ناچيز اين نيروها بود لذا نتايج بين نانوذره¬ي بيولوژيك و طلا در محيط هوا مورد استفاده مقايسه قرار گرفت. شبيه¬سازي مدل-هاي تغييرشكل كوچك نشان داد كه اين مدل¬ها در برابر نيروي اندكي تغييرشكل بزرگ در سلول بيولوژيك در مقايسه با نانوذره¬ي طلا نشان مي¬دهند. با توجه به هايپر- يا ويسكوالاستيك بودن سلول¬هاي بيولوژيك اين نتيجه غيرقابل قبول بود، لذا از مدل تماسي تغييرشكل بزرگ تاتارا براي شبيه¬سازي تغييرشكل دو سلول بيولوژيك استفاده شد و براي بررسي و تاييد استفاده از اين مدل، نتيجه با نتايج آزمايشگاهي برگرفته از يك مقاله مورد مقايسه قرار گرفت. مقايسه نشان داد كه اين مدل تماسي در مقايسه با مدل¬هاي تماسي تغييرشكل كوچك نتايج نزديك¬تري به واقعيت نشان مي¬دهد و در نتيجه قابليت كاربرد در منيپوليشن سلول¬هاي بيولوژيك را دارد. يكي ديگر از كارهاي انجام شده در اين پايان¬نامه آناليزحساسيت مدل¬هاي تماسي تغييرشكل كوچك و بررسي حساسيت آن¬ها به چهار پارامتر مربوط به نانوذره بود كه نتايج نشان داد، مدل¬هاي تماسي كم¬ترين حساسيت را به تغييرات شعاع داشته و اين حساسيت به ترتيب براي ضريب پواسون، مدول االاستيسيته و انرژي چسبندگي افزايش مي¬يابد. مدل¬سازي المان محدود نيز انجام شده و نتايج آن با تئوري هرتز مقايسه شده و كاربردپذيري آن مورد بررسي قرار گرفت. واژه¬هاي كليدي: مدل¬هاي مكانيك تماس، نانو منيپوليشن، مولكول¬هاي دي ان اي، سلول تنه¬ي جنيني، آناليزحساسيت، مدل¬سازي المان محدود