مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سه بعدی حرکت نانوذرات بیولوژیکی با استفاده از نانوربات AFM

نویسنده
استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران
چکیده
در نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، جهت جابه‌جایی میکرو/نانوذرات مختلف، محاسبه‌ی دقیق نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن به منظور عدم آسیب دیدن و جابه‌جایی دقیق میکرو/نانوذرات هدف، امری ضروری می‌باشد. برای رسیدن به این هدف نیاز به مدل‌سازی دقیق سینماتیک و دینامیک نانومنیپولیشن می‌باشد که پیش از این به صورت دوبعدی صورت پذیرفته است. در این مقاله به مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سه‌بعدی نانومنیپولیشن جهت نزدیک‌تر شدن هرچه بیشتر نتایج مدل‌سازی به نتایج حاصل از نانومنیپولیشن واقعی پرداخته شده است. برای این منظور با در نظر گرفتن شکل کروی برای میکرو/نانوذرات هدف، ابتدا روابط سینماتیک سه بعدی منیپولیشن استخراج شده است. سپس مدل تماسی جی‌کاآر جهت استفاده در منیپولیشن ارائه شده و معادلات سختی تیرک مستطیلی در سه بعد استخراج شده است. در آخرین مرحله از بخش مدل‌سازی، دینامیک سه‌بعدی حرکت میکرو/نانوذرات هدف استخراج شده و معادلات نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن به دست آمده است. پس از آن با شبیه‌سازی معادلات به دست آمده، مقادیر نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن سه بعدی برای دو ذره‌ی بیولوژیکی دی‌اِن‌اِی و پلاکت محاسبه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر شروع به حرکت غلتشی ذرات مورد بررسی حول محور x قبل از غلتش حول محورهای y و z و همچنین نیروی بحرانی لازم بیشتر برای جابه‌جایی ذرات دی‌اِن‌اِی نسبت به پلاکت می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

3D-Dynamic Modeling and simulation of biological nanoparticle motion using AFM nano–robot

نویسنده English

Moein Taheri
Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran
چکیده English

In nanomanipulation using atomic force microscopy, for the displacement of various micro/nanoparticles, calculation of accurate critical force and time of manipulation in order to not damage and precise manipulation of micro/nanoparticles, is necessary. To achieve this goal requires accurate modeling of kinematics and dynamics of a two-dimensional nanomanipulation that already has been done. In this paper, three-dimensional nanomanipulation modeling and simulation dynamic has been done for more simulation results closer to the results of real nanomanipulation. For this purpose, by taking a spherical shape for micro/nanoparticle, three-dimensional kinematic relations manipulation extracted. Then, JKR contact model for use in manipulation provided and rectangular beam stiffness equations derived in three dimensions. In the final stage of the modeling of the dynamics of the three-dimensional micro/nanoparticles to extract force equations and critical time manipulation obtained. Then the equations obtained by simulation, three-dimensional manipulation amount of force and critical time for both DNA and platelets biological particle is calculated. The results indicate start rolling motion of the particles studied before rolling around on the x-axis and y axis and z as well as the critical need for displacement of particles of the platelet-derived DNA.

کلیدواژه‌ها English

Nanomanipulation
Biological nanoparticle
3D-Dynamic
Critical force and time
Atomic force microscope