نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• محمد خلیلی ¹
• معین طاهری ²
• سید حسن بطحائی ³
• فائزه شاکری ⁴

¹ استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

² دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

³ گروه مهندسی ساخت و تولید دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس تهران ایران

⁴ دانشجوی کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

منیپولیشن نانو ذرات فرایندی است که در طی آن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی ذرات در مقیاس میکرو/نانو جابه‌جا می‌شوند و در گستره‌ی کاربردی بسیار زیادی از تولید قطعات تا دنیای پزشکی دارد. در این مطالعه با استفاده از تئوری‌های مکانیک تماس هرتز، جی‌کی‌آر، دی‌اِم‌تی و بی‌سی‌پی و همچنین استفاده از ساختار سلول زیستی دی‌اِن‌اِی با بهره‌گیری از روش اِلمان محدود به کمک نرم‌افزار آباکوس به مطالعه میزان جابه‌جایی، شتاب، نیرو، تنش و سرعت برحسب زمان و جابه‌جایی مولکول دی‌اِن‌اِی بر روی یک صفحه‌ی مبنا و عوامل مؤثر بر آن‌ها پرداخته شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که در تغییر شکل صورت گرفته بین ذرات هدف و نوک کروی سوزن، مدل هرتز کمترین و مدل جی‌کاآر بیشترین تغییر شکل و عمق نفوذ را نشان داده‌اند. با افزایش زاویه‌ی نوک سوزن با محور z، میزان عمق نفوذ و تغییر شکل ایجاد شده بین ذره و صفحه‌ی مبنا کاهش یافته است. همچنین نمودار تغییرات هر یک از پارامترهای مورد مطالعه عوامل مؤثر به ازای 20 میکرومتر جابه‌جایی و20 میلی‌ثانیه زمان برای فرآیند منیپولیشن دی‌اِن‌اِی محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها

• فرآیندمنیپولیشن
• میکروسکوپ‌نیروی اتمی
• دی‌اِن‌اِی
• روش المان محدود
• تئوری‌های مکانیک تماس
• نرم‌افزار‌ آباکوس

عنوان مقاله [English]

Study of DNA nanoparticle manipulation using atomic force microscopy based on finite element method using theories of contact mechanics

نویسندگان [English]

• Mohammad Khalili ¹
• Moein Taheri ²
• Seyed Hasan Bathaee ³
• Faeze Shakeri ⁴

¹ Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

² Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

³ Department of Manufacturing Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

⁴ Bachelor. Student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

چکیده [English]

Nanoparticle manipulation is a process in which particles are moved on a micro/ nanoscale scale using an atomic force microscope and has a wide range of applications from component production to the medical world. In this study, using the theories of contact mechanics of Hertz, JKR, DMT and BSP, as well as using the structure of the DNA biological cell using the Elman method using ABAQUS software to study the amount of displacement, acceleration, force, stress and velocity in time The DNA molecule is discussed on a base sheet and the factors that affect them. The results show that in the deformation between the target particles and the spherical tip of the needle, the Hertz model showed the least and the JKR model showed the highest deformation and penetration depth. By increasing the angle of the needle tip with the z-axis, the amount of penetration depth and deformation created between the particle and the base plate is reduced. Also, the graph of changes in each of the studied parameters of the effective factors per 20 μm of displacement and 20 milliseconds of time for the DNA manipulation process has been calculated.

کلیدواژه‌ها [English]

• Manipulation process
• Atomic force microscope
• DNA particle
• Finite element method
• Contact mechanics theories
• Abaqus software