مدل‌سازي ديناميكي بيونانومنيپوليشن سه‌بعدي ومسيريابي بهينه ذرات زيستي ويسكوالاستيك

دكتري تخصصي

بيوتكنولوژي يكي از حوزه¬هايي است كه در سال¬هاي اخير رشد قابل توجهي داشته است و در آن نياز به ساخت و كنترل سيستم¬هاي بيولوژيكي در مقياس ميكرو و نانو شديدا احساس مي¬شود. اختراع ميكروسكوپ نيروي اتمي به¬عنوان وسيله¬اي كه قادر به لمس و حتي منيپوليشن سلول است، در اين راستا پيشرفت بزرگي به¬شمار مي¬رود. اما در فرآيند منيپوليشن با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي مدل¬سازي مراحل مختلف از قبل تماس تا حركت و رسيدن ذره به محل مورد نظر اهميت مي-يابد. يكي از موارد حائز اهميت در اين راستا جنس ذره¬ي در تماس با اي¬اف¬ام است كه روي تغييرشكل ذره در خلال تماس و فرآيند منيپوليشن تأثير بسزايي دارد، لذا در اين رساله ابتدا خواص مكانيكي سلول¬هاي سالم و سرطاني سينه نظير مدول الاستيسيته، چسبندگي، خواص ويسكوالاستيك، تابع خزش، صلبيت محوري وصلبيت خمشي استخراج گرديد. هدف از استخراج اين خواص علاوه بر كاربرد در منيپوليشن مقايسه¬ي خواص سلول¬هاي سالم و سرطاني است كه بواسطه¬ي آن مي¬توان تغييرات ناشي از سرطاني شدن سلول را بررسي نمود و از نتايج براي تشخيص و مطالعه¬ي ميزان پيشرفت بيماري بهره برد. در ادامه با توجه به عدم كارايي مدل¬هاي مكانيك تماس الاستيك براي ذرات زيستي كه علاوه بر خواص الاستيك داراي دمپينگ نيز مي¬باشند، مدل¬هاي الاستيك به حالت ويسكوالاستيك توسعه داده شد. مدل¬هاي بي¬سي¬پي، تاتارا، ام¬دي، پي¬تي¬، و سي¬اواس مدل¬هاي تجربي و نيمه¬تجربي هستند كه به حالت ويسكوالاستيك توسعه داده شدند و پس از شبيه¬سازي براي مدل¬هاي خطي و غيرخطي سلول وبررسي نتايج مشخص شد كه مدل بي¬سي¬پي نزديك¬ترين نتيجه به نتايج تجربي را ارائه مي¬دهد. از طرفي از بين مدل¬هاي مكانيك سلولي مدل كلوين-وويت علاوه برسادگي نسبت به ديگرمدل¬ها نتايج بهتر و قابل¬قبول¬تري دارد. با توجه به وجود هندسه¬هاي متنوع در بين ذرات زيستي وغيرزيستي مدل¬هاي ويسكوالاستيك در حالت كلي و براي تمامي هندسه¬ها نيز توسعه داده شدند كه در آن¬ها زبري نيز مدنظر قرار گرفته بود. نتايج نشان داد كه اين مدل¬ها نيز براي هندسه¬هاي مختلف سازگاري خوبي با نتايج تجربي دارند. مدل¬سازي و شبيه¬سازي فازهاي اول و دوم منيپوليشن مي¬تواند در افزايش دقت و كمينه كردن خطاي كارهاي تجربي تأثيرگذار باشد از اين¬رو در اين رساله فاز اول و دوم منيپوليشن اولا با استفاده از نتايج مدل-هاي تماسي توسعه داده شده و نيز خواص استخراج شده و سپس براي ذره¬ي لوبيايي¬شكل انجام شد. شبيه¬سازي¬ها براي حالت الاستيك و ويسكوالاستيك مقايسه گرديد كه نتايج نشان داد نيروي بحراني در حالت ويسكوالاستيك كم¬تر از الاستيك مي¬باشد كه با توجه به خاصيت دمپينگ و در نتيجه كاهش شتاب ناشي از تغييرشكل توجيه¬پذير است. ميكروسكوپ نيروي اتمي در رهايش دارو، نانوجراحي، ايجاد بافت و غيره كاربرد دارد، به همين دليل مرحله¬ي بعد از شروع حركت ذره نيز اهميت مي¬يابد. در اين رساله مسيريابي ذرات زيستي ويسكوالاستيك با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهينه¬سازي شده است. بدين صورت كه تصوير واقعي سلول¬هاي اچ¬ان-5 پردازش شده و مسيريابي از بين اين¬سلول¬ها به¬عنوان موانع ثابت صورت مي¬گيرد. به¬منظور افزايش دقت و با توجه به امكان وجود موانع متحرك در مسير ذره، سه مانع متحرك در مسير در نظر گرفته شده كه پروفيل حركت مشخص دارند. از طرفي بخاطر اهميت دقت و نيز تخريب ذره و ابزار، تابع هدف شامل خطاي اي¬اف¬ام، تغييرشكل ذره و نيروي وارده بر ابزار در نظر گرفته شده و كمينه مي¬شود. نتايج با كارهاي پيشين مورد مقايسه قرار گرفته و صحت¬سنجي صورت گرفت كه مسير مشابه از بين موانع مشابه ارائه شد.

195020

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي - بيومكانيك

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم