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

Abstract

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.