خواص ساختاري و ارتعاشات نانولوله هاي كربني تحت جذب فيزيكي مولكول زيستي فلاوين مونونوكليوتيد در آب به روش شبيه سازي ديناميك مولكولي

The structural properties and vibrational behavior of physisorbed carbon nanotubes with flavin mononucleotide biomolecule in water using molecular dynamics simulation

به كمك شبيه سازي ديناميك مولكولي به تحليل خواص ساختاري و ارتعاشات نانولوله هاي كربني تك و دوجداره تحت جذب فيزيكي (عامل-دار كردن) مولكول زيستي فلاوين مونو نوكليوتيد (FMN) پرداخته مي شود و اثرات شرايط مرزي مختلف، درصد وزني مولكول FMN، شعاع، تعداد جداره بر روي فركانس طبيعي و تغييرات آن بررسي مي گردد. با توجه به اينكه فرايند عامل دار سازي عموماً در محيط هاي آبي صورت مي پذيرد، دو محيط خلا و آبي براي شبيه سازي در نظر گرفته شده است. در مطالعه ي خواص ساختاري، با محاسبه ي شعاع ژيراسيون ملاحظه مي گردد كه با افزايش تعداد مولكول هاي FMN، شعاع ژيراسيون به صورتي خطي افزايش مي يابد. همچنين، ملاحظه مي گردد كه وجود مولكول هاي آب در محيط شبيه سازي باعث توزيع گسترده تر مولكول ها در اطراف نانولوله مي شود. عامل دارسازي نانولوله هاي كربني فركانس طبيعي نانولوله هاي كربني را در محيط خلا ، وابسته به شرايط مرزي، كاهش مي دهد. اين كاهش براي شرايط مرزي گيردار بسيار قابل توجه تر از نانولوله با شرط مرزي ساده و گيردار-آزاد مي باشد در محيط آبي ملاحظه مي گردد كه برخلاف نانولوله ها با شرايط مرزي گيردار و ساده، فركانس طبيعي نانولوله ها با شرايط گيردار-آزاد افزايش مي يابد كه مقدار تغيير فركانس با افزايش تعداد مولكول هاي FMN افزايش مي يابد. همچنين مشاهده مي شود كه فركانس نانولوله تك جداره با شعاع بزرگتر كاهش قابل توجه تري دارد. همچنين، حساسيت تغييرات ميزان تغيير فركانس با افزايش تعداد مولكول هاي FMN براي نانولوله ي دوجداره كمتر از تك جداره مي باشد. همچنين ملاحظه گرديد كه ميزان كاهش فركانس با حضور مولكول هاي آب به ميزان قابل توجهي افزايش مي يابد در حالي كه با افزايش تعداد مولكول ها، اين تغييرات قابل توجه نمي باشد.

Using molecular dynamics simulations, the structural properties and vibrational behavior of single- and double-walled carbon nanotubes (CNTs) under physical adsorption (functionalization) of Flavin Mononucleotide (FMN) biomolecule are analyzed and the effects of different boundary conditions, the weight percentage of FMN, radius and number of walls on the natural frequency are investigated. As the functionalized nanotubes mainly operate in aqueous environment, two different simulation environments, i.e. vacuum and aqueous environments, are considered. Considering the structural properties, increasing the weight percentage of FMN biomolecules results in linearly increasing the gyration radius. Also, it is observed that presence of water molecules expands the distribution of FMN molecules wrapped around CNTs compared to that of FMN molecules in vacuum. It is demonstrated that functionalization reduces the frequency of CNTs, depending on their boundary conditions in vacuum which is more considerable for fully clamped (CC) boundary conditions. Performing the simulations in aqueous environments demonstrates that, in the case of clamped-free (CF) boundary conditions, the frequency increases unlike that of CNTs with fully clamped and fully simply supported boundary conditions. The value of frequency shift increases by raising the weight percentage of FMN biomolecule. Moreover, it is observed that the frequency shifts of SWCNTs with bigger radius are more considerable, whereas the sensitivity of frequency shift to the weight percentage of FMN biomolecule reduces and this is more pronounced as the simulation environment is aqueous.