شبيه‌سازي تماس باكتري‌هاي نرم جهت كاربرد در نانومنيپوليشن

Simulation of soft bacteria contact to be applied in nanomanipulation

در اين مقاله به توسعه و مدل سازي تيوري هاي تماسي الاستيك – پلاستيك جهت نانوباكتري‌هاي نرم كروي شكل به منظور كاربرد در منيپوليشن ميكرو/نانوذرات زيستي مختلف بر پايه ي ميكروسكوپ نيروي اتمي پرداخته شده است. ابتدا به شبيه‌سازي تماس الاستيك براي سه دسته نانوباكتري اپيدرميديس، سالي‌ويروس و آيروس با استفاده از مدل تماسي هرتز و المان محدود پرداخته شد. مقايسه نتايج شبيه‌سازي تماس الاستيك با نتايج آزمايشگاهي موجود نشان داد كه در نظر گرفتن حالت الاستيك براي شبيه‌سازي تماس نانوذرات زيستي مناسب نيست و نتايج نادرستي را در اختيار قرار مي‌دهد. ازاين‌رو در اين مطالعه به توسعه و شبيه‌سازي تيوري تماسي الاستيك – پلاستيك چانگ جهت كاربرد در شبيه‌سازي مكانيك تماس به منظور كاربرد در شبيه‌سازي منيپوليشن پرداخته شد. مقايسه شبيه‌سازي تيوري تماسي چانگ با نتايج آزمايشگاهي موجود و نتايج حاصل از شبيه‌سازي تماسي چن و همكارانش نشان داد كه تيوري الاستيك – پلاستيك كامل چانگ نتايج مطلوبي را در اختيار قرار مي‌دهد. مقايسه نمودار شعاع تماس برحسب عمق نفوذ در دو تيوري هرتز و چانگ نشان داد كه ميزان شعاع تماسي ايجاد شده در حالت الاستيك – پلاستيك از ميزان شعاع تماسي ايجادشده در حالت الاستيك بيشتر مي‌باشد.

In this paper, elastic-plastic contact theories for soft spherical nanobacteriabased on atomic force microscopy were developed and modeled to be applied in manipulation of various macro/nanobio particles. First, elastic contact was simulated for three types of nanobacteria: S. epidermidis, S. salivariusand and S. aureus, using Hertz contact model and finite element. Comparing simulation results of elastic contact with experimental data showed that considering elastic contact for simulating the contact of nanobio particles is not appropriate and will yield incorrect results. Therefore, in this research, an attempt was made to develop and simulate Chang elastic-plastic contact theory to be applied in simulation of contact mechanics for application in simulating manipulation. Comparing simulation of Chang contact theory with available experimental data and the results from contact simulation of Chen et al showed that Chang’s complete elastic-plastic theory yields desirable results. Comparing the diagram of contact radius in terms of indentation in Hertz and Chang theories showed that the created contact radius in elastic-plastic state is larger than contact radius in elastic state.