تاثير پارامترهاي هندسي تيرك‌هاي مختلف بر نيرو و زمان بحراني منيپوليشن ميكرو/نانوذرات با استفاده از روش آناليز حساسيت اي-فست

Effect of different geometrical parameters of atomic force microscope cantilevers in critical force and time based on manipulation by applying EFAST sensitivity analyses

در منيپوليشن نانو ذرات با ميكروسكوپ نيروي اتمي، به منظور مدل‌سازي دقيق ديناميك منيپوليشن و جلوگيري از آسيب به نانو ذره، محاسبه‌ي دقيق نيروي بحراني امري ضروري است. براي مدل‌سازي ديناميكي دقيق و محاسبه‌ي نيروي وارد بر نانوذره نيز نياز به مدل‌سازي سختي در انواع تيرك ها، شناخت پارامترهاي هندسي حساس موثر بر سختي تيرك‌ها و پارامترهاي حساس موثر بر زمان و نيروي بحراني است. ازاين‌رو در اين مقاله ابتدا به صورت مجزا به بررسي دو نوع متداول تيرك ها يعني تيرك‌هاي وي- شكل و خنجري پرداخته‌شده است. براي مدل‌سازي سختي تيرك وي- شكل، اين تيرك به دو قسمت تقسيم‌شده است؛ قسمت اول مثلثي و قسمت دوم شامل دو تير مورب مستطيلي است. سپس سختي هر قسمت به طور مجزا مدل شده و سختي نهايي محاسبه شده است. براي مدل‌سازي سختي تيرك خنجري نيز از همين روش استفاده‌شده‌ و تيرك به دو قسمت مثلثي و مستطيلي تقسيم‌شده و سختي نهايي به دست ‌آورده‌ شده است. با توجه به اين‌كه بررسي پارامترهاي اثرگذار بر سختي تيرك و زمان و نيروي بحراني منيپوليشن در منيپوليشن ذرات زيستي اهميت بالايي دارد، لذا با استفاده از روش آناليز حساسيت اي- فست به انتخاب مناسب نوع تيرك و پارامترهاي آن پرداخته‌شده است. در انتها در اين مقاله نشان داده‌شده است كه تيرك خنجري براي جابه جايي ذرات بيولوژيكي مناسب‌تر است.

In nanoparticles manipulation with atomic force microscope, for modeling exact manipulation dynamics and prevention of damaging nanoparticles, it is necessary to compute critical force. For modeling dynamics and computing critical force that apply to nanoparticles it is necessary to model cantilever stiffness and determine sensitive geometrical parameters which effect cantilever stiffness and critical force. In this paper, first, two different kinds of cantilevers, V-shaped and dagger cantilevers are investigated. For modeling V-shaped cantilever stiffness this cantilever is divided into two parts, a triangular head section and two slanted rectangular beams. After that, the stiffness of each part is modeled separately and the total stiffness is computed. For modeling dagger cantilever stiffness the same method is used and the cantilever is divided into two parts, a triangular head section and a rectangular beam and then the total stiffness is computed. Cantilevers stiffness and critical force in manipulation of biological particles and non-biological particles are very important, hence EFAST sensitivity analyses for selecting suitable cantilever and its parameters is used. In this paper it has been shown that the dagger-shaped cantilever is more suitable for the manipulation of biological particles.