مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی دینامیک مولکولی فرآیند نانومنیپولیشن ذرات زیستی با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی: بررسی اثرات جنس زیرلایه

نویسندگان
1 استاد تمام دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشجو مهندسی مکانیک
3 دانشجو دکترا
چکیده
به‌منظور بررسی اثر داروها بر روی ویروس‌ها، اثرات متقابل بین پروتئین‌ها و ایجاد تغییرات مطلوب ژنتیکی بر روی دی‌ان‌ای موجودات، بررسی هرچه دقیق‌تر این ذرات بیولوژیکی یکی از کلیدی‌ترین نیازهای امروزه‌ است. در این مسیر، شناسایی خواص مکانیکی این ذرات و همچنین نحوه‌ی رفتار مکانیکی آن‌ها در شرایط متفاوت نیز یک ضرورت به‌حساب می‌آید. منیپولیشن ذرات زیستی در ابعاد نانو یکی از فرایندهای مهم در بررسی رفتار نانوذرات بیولوژیکی است؛ زیرا بررسی میزان نیروی وارده، میزان تغییرشکل و بررسی احتمال تخریب در ذره می‌تواند اطلاعات سودمندی را در اختیار ما قرار دهد. در این مقاله به شبیه‌سازی دینامیک مولکولی فرآیند نانومنیپولیشن سه ذره‌ی زیستی مختلف (ویروس، پروتئین و دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای) بر پایه‌ی نانو ربات میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته‌شده است. هدف، یافتن اثر جنس زیرلایه بر روی نیروی وارده بر نانوذره و همچنین بررسی احتمال تخریب آن است. برای این منظور از سه زیرلایه‌ی مختلف با جنس‌های سیلیکون، گرافن و طلا استفاده‌شده است. دلیل انتخاب این زیرلایه‌ها فراوانی استفاده از آن‌ها در فرایندهای آزمایشگاهی و همچنین عدم واکنش با ذرات زیستی است. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین نیروی وارد به ذره، متعلق به فرایند منیپولیشن بر روی زیرلایه‌ی طلایی است و احتمال تخریب نیز در این حالت بسیار زیاد است. در مقایسه‌ی بین زیرلایه‌های گرافنی و سیلیکونی نیز مشخص می‌شود که نیروی منیپولیشن و تغییرشکل ذره بر روی زیرلایه‌ی گرافنی بیشتر از زیرلایه‌ی سیلیکونی است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Molecular dynamic modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM: investigating substrate effects

نویسندگان English

Moharam Habibnejad Korayem 1
Mohsen Estaji 2
Ahmad Homayooni 3
1 Prof. of Mechanical Eng. of Iran University of Science and Technology
چکیده English

To investigate the effects of drugs on viruses, interactions between proteins and inserting desirable genetic changes on DNA, precise study of biological cells is a necessary demand for nowadays. In this way, exploring mechanical properties of these particles and their mechanical behavior in different situations is needed; manipulation of bioparticles in nano scale is an important process for investigating nanoparticles behavior; because the amount of exerted force, deformation and investigating the damage possibility can provide useful information. In this paper, a molecular dynamics modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM has been done. Bioparticles include virus, protein and ssDNA. The main goal of this study is investigating the substrate effect on exerted force on the bioparticles and exploring damage possibility. Three types of substrates have been used, including silicon, graphene sheet and golden substrate. Widespread usage and low level interactions with other materials are the reasons of choosing these substrates. Results show that on gold substrate, the maximum manipulation force occurs and damage possibility is high. Also on graphene substrate manipulation force and deformation of particle are more than the silicon substrate.

کلیدواژه‌ها English

Nanomanipulation
bioparticle
AFM
RMSD
manipulation force