نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• یوسف حبیبی سوها ¹
• محدثه مظفری ²
• محرم حبیب‌نژاد کورایم ³

¹ کارشناس ارشد، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

² کارشناس، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

³ استاد، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

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.

کلیدواژه‌ها

• میکروسکوپ نیروی اتمی
• تئوری تماسی ویسکوالاستیک
• تئوری تماسی الاستیک
• هندسه‌ی استوانه‌ای
• باکتری
• MCF-10A

موضوعات

• نانوبیوتکنولوژی / نانوبیولوژی

عنوان مقاله [English]

Development of Viscoelastic Contact Theory for Cylindrical and Biological Micro/Nanoparticles

نویسندگان [English]

• Yousef Habibi Sooha ¹
• Mohadese Mozafari ²
• Moharam Habibnejad Korayem ³

¹ M.Sc, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

² B.Sc, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

³ Professor, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In the most contact theories such as Hertz, DMT and JKR, which are the most practical contacts models, biological particles are considered as a spherical elastic particle, which is not the best assumption. In this assumption, the history of loadings are not considered in that the history of strains and stresses will not analyzed properly. Therefore, in the first part of this paper, three models of elastic in spherical geometry have been developed to the viscoelastic models. By simulations and comparing the results with the experimental data of MCF-10A (breast-cancer cell), which is derived by Atomic Force Microscopy, it is revealed that viscoelastic models are more accurate than elastic models in the force-indentation curves. Then, according to the fact that most bacteria's geometry is cylindrical, contact theory for a sphere and cylinder have been developed and simulated for three groups of nanobacteria (Epidermidis, SallyVirus, and Aureus). By comparing simulations results with experimental data we observe that elastic models are not reasonable and contacts radius in viscoelastic model are smaller than they were for elastic models. 

کلیدواژه‌ها [English]

• Atomic Force Microscopy
• Viscoelastic Contact Theory
• Elastic Contact Theory
• Cylindrical Geometry
• Bacteria
• MCF-10A