توسعه‌ی تئوری تماسی ویسکوالاستیک برای میکرو/نانوذرات زیستی استوانه‌ای

Abstract

در اغلب تئوری­های تماس، که از پرکاربردترین آن‌ها می­توان به سه مدل هرتز،DMT و JKR اشاره کرد، ذرات زیستی به‌صورت جسم کروی الاستیک در نظر گرفته شده­اند که این فرض مناسبی نیست. الاستیک در نظر گرفتن ذرات زیستی منجر به نادیده­ گرفتن تاریخچه‌ی بارگذاری می­شود که در نتیجه­‌ی آن، تاریخچه­‌ی تنش­ها و کرنش­های وارد بر ماده مورد بررسی قرار نمی­گیرد. بنابراین، در بخش اول به توسعه‌ی سه مدل بیان شده، از حالت الاستیک به ویسکوالاستیک در هندسه‌ی کروی پرداخته شد. شبیه­سازی و مقایسه‌ی این سری تئوری با داده­های تجربی به دست آمده از آزمایش دندانه­گذاری سلول سرطانی MCF-10A به‌وسیله‌ی میکروسکوپ نیروی اتمی در این مقاله، نشان داد که حالت ویسکوالاستیک نسبت به حالت الاستیک پیش­بینی بهتری را از رفتار نیرو-دندانه­گذاری این سلول­ ارائه می­دهد. سپس، با توجه به اینکه اکثر باکتری­ها دارای هندسه­ای نزدیک به استوانه هستند، اقدام به توسعه و مدل­سازی تئوری‌های تماسی ویسکوالاستیک برای تماس یک کره و یک استوانه شد. پس از آن، به شبیه­سازی تماس الاستیک و ویسکوالاستیک برای سه دسته‌ی نانوباکتری اپیدرمیدیس، سالیویروس و آئروس، با استفاده از سری دوم تئوری­های توسعه داده‌شده پرداخته شد. مقایسه‌ی نتایج شبیه­سازی تماس الاستیک و ویسکوالاستیک با نتایج آزمایشگاهی موجود (دندانه­گذاری به‌وسیله‌ی میکروسکوپ نیروی اتمی)، نشان داد که در نظر گرفتن حالت الاستیک برای شبیه­سازی تماس نانوذرات زیستی مناسب نبوده و نتایج غیردقیقی را ارائه می­دهد. هم‌چنین، مقایسه‌ی نمودار شعاع تماس برحسب عمق دندانه­گذاری در دو تئوری الاستیک و ویسکوالاستیک نشان داد که به ازای میزان شعاع تماسی ایجادشده‌ی یک‌سان، میزان عمق دندانه­گذاری در حالت الاستیک از ویسکوالاستیک بیشتر است.