مدل سازي ديناميك مولكولي فرآيند نانومنيپوليشن ذرات زيستي با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي: بررسي اثرات جنس زيرلايه

Molecular dynamic modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM: investigating substrate effects

به‌ منظور بررسي اثر داروها بر روي ويروس‌ها، اثرات متقابل بين پروتئين‌ها و ايجاد تغييرات مطلوب ژنتيكي بر روي دي‌ان‌اي موجودات، بررسي هرچه دقيق‌تر اين ذرات بيولوژيكي يكي از كليدي‌ترين نيازهاي امروزه‌ است. در اين مسير، شناسايي خواص مكانيكي اين ذرات و همچنين نحوه‌ي رفتار مكانيكي آن‌ها در شرايط متفاوت نيز يك ضرورت به‌حساب مي‌آيد. منيپوليشن ذرات زيستي در ابعاد نانو يكي از فرايندهاي مهم در بررسي رفتار نانوذرات بيولوژيكي است؛ زيرا بررسي ميزان نيروي وارده، ميزان تغييرشكل و بررسي احتمال تخريب در ذره مي‌تواند اطلاعات سودمندي را در اختيار ما قرار دهد. در اين مقاله به شبيه‌سازي ديناميك مولكولي فرآيند نانومنيپوليشن سه ذره‌ي زيستي مختلف (ويروس، پروتئين و دي‌ان‌اي تك‌رشته‌اي) بر پايه‌ي نانو ربات ميكروسكوپ نيروي اتمي پرداخته‌شده است. هدف، يافتن اثر جنس زيرلايه بر روي نيروي وارده بر نانوذره و همچنين بررسي احتمال تخريب آن است. براي اين منظور از سه زيرلايه‌ي مختلف با جنس‌هاي سيليكون، گرافن و طلا استفاده‌شده است. دليل انتخاب اين زيرلايه‌ها فراواني استفاده از آن‌ها در فرايندهاي آزمايشگاهي و همچنين عدم واكنش با ذرات زيستي است. نتايج نشان مي‌دهد كه بيشترين نيروي وارد به ذره، متعلق به فرايند منيپوليشن بر روي زيرلايه‌ي طلايي است و احتمال تخريب نيز در اين حالت بسيار زياد است. در مقايسه‌ي بين زيرلايه‌هاي گرافني و سيليكوني نيز مشخص مي‌شود كه نيروي منيپوليشن و تغييرشكل ذره بر روي زيرلايه‌ي گرافني بيشتر از زيرلايه‌ي سيليكوني است.

Nowadays, precise study of biological cells is a necessary demand to investigate the effects of drugs on viruses, understanding interactions between proteins and inserting desirable genetic changes on DNA. Exploring mechanical properties of these particles and their mechanical behavior in different situations is considered a necessity. Manipulation of bioparticles in nano scale is an important process to investigate their behaviors; because the amount of exerted force, deformation and investigating the damage possibility can provide useful information. In this paper, a molecular dynamics modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM has been done. Bioparticles include virus, protein and ssDNA. The main goal of this study is investigating the substrate effect on exerted force on the bioparticles and exploring damage possibility. Three types of substrates have been used, including silicon, graphene sheet and golden substrate. Widespread usage and low level interactions with other materials are the reasons for choosing these substrates. Results show that the maximum manipulation force occurs during manipulation on gold substrate and damage possibility is high in this situation. Also, the manipulation force and deformation of particle are more on the graphene substrate than the silicon one.