13533

13533

مدل سازي و شبيه سازي منيپوليشن ميكرو/نانوذرات استوانه‌اي در محيط هاي مختلف بيولوژيكي بر پايه AFM

كارشناسي ارشد

مكانيك - طراحي كاربردي - مكاترونيك

شهريور ماه 1393

شهريور ماه 1393

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

چكيده كاربرد ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) در حوزه¬هاي مهندسي، بيوتكنولوژي و پزشكي طي ساليان اخير، در سطحي فراتر از يك ابزار اسكن توپوگرافي سطوح، به سرعت افزايش يافته است. از آن جمله مي¬توان به شناخت خواص ديناميكي و منيپوليشن مواد زيستي، ساخت داروها، تحقيقات برهم-كنش¬هاي ميان پروتئين¬ها، ژن¬ها و سلول¬هاي زنده در محيط¬هاي فيزيولوژيكي و منيپوليشن كنترل شده-ي واحدهاي ميكرو/نانوذرات در ساخت ميكرو/نانو سيستم¬هاي الكترومكانيكي، سنسورها و نيمه¬هادي¬ها اشاره نمود. از اين¬رو با توجه به ضرورت مدل¬سازي و شبيه¬سازي در شناسايي و كنترل پارامترهاي مؤثر بر فرآيندهاي ديناميكي، نانومنيپوليشن ذرات توسط AFM، در تحقيقات گذشته، در محيط گازي (هوا) و مايع (آب خالص و سيالات جايگزين از جمله اتانول و متانول) براي نانوذرات كروي مدل¬سازي و شبيه-سازي شده است. در اين پايان¬نامه، با اعمال تغييرات لازم، مدل ديناميك فرآيند راندن با استفاده از AFM براي ذرات استوانه¬اي به عنوان هندسه¬ي رايج ديگري براي طيف گسترده¬اي از ميكرو/نانوذرات و هم¬چنين براي محيط¬هاي بيولوژيكي مختلف به عنوان محيط كاري پركابرد AFM در تحقيقات بيولوژيكي، توسعه يافته است. با هدف دقيق¬تر نمودن نتايج مدل، نيروهاي بين مولكولي موجود در محيط بيولوژيكي و مؤثر بر اين فرآيند شبيه¬سازي شده و به نيروي خارجي در معادلات مدل اضافه شده است. هم¬چنين با هدف هرچه نزديك¬تر نمودن مدل به واقعيت، مدل¬سازي ديناميكي راندن نانوذرات استوانه¬اي زبر در محيط هوا ارائه شده است. مطابق نتايج به دست آمده، مقادير نيروي وان¬دروالس براي ذرات استوانه¬اي نسبت به ذرات كروي و در محيط¬هاي با ثابت هماكر معادل بالاتر، بيشتر است. نيروي الكترواستاتيك نيز در سيالات داراي غلظت، والانس يون¬ و ثابت دي الكتريك بزرگ¬تر، بيشتر خواهد بود. همچنين مقدار نيروي هيدراسيون با افزايش فاصله¬ي جدايش كاهش مي¬يابد و هر چه غلظت محلول بيشتر باشد، اين كاهش بيشتر خواهد بود. روند تغيير مقادير نيرو و زمان بحراني منيپوليشن، براي محيط¬هاي مختلف بيولوژيكي مطابق با روند تغيير كار چسبندگي معادل مربوط به آن¬هاست. منيپوليشن ذرات زيستي در محيط¬هاي زيستي داراي انرژي سطحي نزديك¬تري به انرژي سطحي آن¬ها، در نيرو و مدت زمان كمتري رخ مي¬دهد. هم¬چنين مطابق نتايج، مقادير نيرو و زمان بحراني منيپوليشن براي ذرات استوانه¬اي زبر در مقايسه با مقادير مربوط به ذرات با سطح صاف ايده¬آل كاهش مي¬يابد. با افزايش طول ميكرو/نانو استوانه¬ در شعاع مقطع ثابت و كاهش شعاع زبري، مقادير نيرو و زمان بحراني منيپوليشن افزايش مي¬يابد. واژه‌هاي كليدي: نانومنيپوليشن، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، محيط¬هاي بيولوژيكي، ذرات استوانه¬اي، ذرات زبر