مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

محاسبه ضریب دیفیوژن آب و لیپید از غشاء دولایه‌ای بیولوژیکی به روش دینامیک ذره استهلاکی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی اصفهان
2 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان
3 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف
4 دانشجو
5 دانشجو، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
تعیین مقدار دقیق ضریب دیفیوژن یک ماده که میزان پخش آن ماده را در بستر ماده‌ای دیگر بیان می‌کند، برای مدلسازی دقیق فیزیکی، شرط ضروری است. دقیق‌ترین روش برای محاسبه این گونه خواص، روش‌های دینامیک مولکولی است. متأسفانه این گونه روش‌ها هزینه محاسباتی بسیار بالایی دارند. هدف از این مقاله، معرفی روشی مناسب در مقیاس مزو و ارائه الگوریتمی بهینه برای محاسبه ضریب دیفیوژن با استفاده از این روش است. در مطالعه حاضر، از روشدینامیک ذره استهلاکی(DPD)، برای محاسبه ضریب دیفیوژن آب و لیپید از غشاء دولایه‌ای بیولوژیکی استفاده شده‌است.در نهایت نتایج کار با نتایج شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی و آزمایشات مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار می‌گیرند. با این قیاس خواهیم دانست روش مذکور علاوه بر بهینه بودن از نظر هزینه محاسباتی، از دقت مطلوبی نیز برای محاسبه ضریب دیفیوژن برخوردار است. لذا با این روش، قادر خواهیم بود به مطالعه رفتار تعادلی غشاءهای دولایه‌ای نظیر محاسبه ضریب دیفیوژن بپردازیم که انجام آن با استفاده از روش‌هایی مثل دینامیک مولکولی ممکن است تا بیش از صدها برابر زمان‌بر باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Calculation the Diffusion Coefficient for water and Lipid through the Biological Cell Bilayer Membranes Using Dissipative Particle Dynamics Method

نویسندگان English

Somaye Yaghoubi Koupaye 1
Ahmad Reza Pishevar 2
Mohammad Said Saidi 3
Yaser Afshar 4
Said Mokhtarian 5
چکیده English

Precise ascertainment of the diffusion coefficient as the index of penetration of one species through another is essential for accurate physical modeling. The most precise and careful method for computation of these properties is Molecular Dynamics (MD). Unfortunately these methods have huge computational cost. The aim of this article is to introduce a suitable mesoscopic method and an efficient algorithm for calculating diffusion coefficient using this method. In this study we use Dissipative Particle Dynamics (DPD) for calculating diffusion coefficient of the water and lipid through the biological bilayer membranes. Eventually we validate our results with MD simulation and also experimental results. Then we can conclude about this method that besides being efficient from point of computational cost, the proposed algorithm is an accurate method for calculating diffusion coefficient. Therefore using this method, we are able to study the equilibrium behavior of bilayer membranes like calculating diffusion coefficient which with Molecular Dynamics simulations, it maybe takes more than hundreds of times.

کلیدواژه‌ها English

Diffusion
Dissipative Particle Dynamics (DPD)
Biological membrane