خانم زهرا رستگار دانشجوی دکتری جناب آقای دکتر حبیب نژاد، روز شنبه 98/08/25 از رساله دکتری خود تحت عنوان "مدل‌سازی دینامیکی بیونانومنیپولیشن سه‌بعدی و مسیریابی بهینه­ی ذرات زیستی ویسکوالاستیک​" دفاع کرد. این جلسه ساعت 16 روز شنبه در آمفی تاتر دانشکده مهندسی مکانیک برگزار شد.

چکیده:

بیوتکنولوژی یکی از حوزه­هایی است که در سال­های اخیر رشد قابل توجهی داشته است و در آن نیاز به ساخت و کنترل سیستم­های بیولوژیکی در مقیاس میکرو و نانو شدیدا احساس می­شود. اختراع میکروسکوپ نیروی اتمی به­عنوان وسیله­ای که قادر به لمس و حتی منیپولیشن سلول است، در این راستا پیشرفت بزرگی به­شمار می­رود. اما در استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در فرآیند منیپولیشن مدل­سازی مراحل مختلف از قبل تماس تا  حرکت و رسیدن ذره به محل مورد نظر اهمیت می­یابد. یکی از موارد حائز اهمیت در این راستا جنس ذره­ی در تماس با ای­اف­ام است که روی تغییرشکل ذره در خلال تماس و فرآیند منیپولیشن تأثیر بسزایی دارد، لذا در این رساله ابتدا خواص مکانیکی سلول­های سالم و سرطانی سینه نظیر مدول الاستیسیته، چسبندگی، خواص ویسکوالاستیک، تابع خزش، صلبیت محوری وصلبیت خمشی استخراج گردید. هدف از استخراج این خواص علاوه بر کاربرد در منیپولیشن مقایسه­ی خواص سلول­های سالم و سرطانی است که بواسطه­ی آن می­توان تغییرات ناشی از سرطانی شدن سلول را بررسی نمود و از نتایج برای تشخیص و مطالعه­ی میزان پیشرفت بیماری بهره برد.
در ادامه با توجه به عدم کارایی مدل­های مکانیک تماس الاستیک برای  ذرات زیستی که علاوه بر خواص الاستیک دارای دمپینگ نیز می­باشند، مدل­های الاستیک به حالت ویسکوالاستیک توسعه داده شد. مدل­های بی­سی­پی، تاتارا، ام­دی، پی­تی­، و سی­اواس مدل­های تجربی و نیمه­تجربی هستند که به حالت ویسکوالاستیک توسعه داده شدند و پس از شبیه­سازی برای مدل­های خطی و غیرخطی سلول وبررسی نتایج مشخص شد که مدل بی­سی­پی نزدیک­ترین نتیجه به نتایج تجربی را ارائه می­دهد. از طرفی از بین مدل­های مکانیک سلولی مدل کلوین-وویت علاوه برسادگی نسبت به دیگرمدل­ها نتایج بهتر و قابل­قبول­تری دارد.
با توجه به وجود هندسه­های متنوع در بین ذرات زیستی وغیرزیستی مدل­های ویسکوالاستیک در حالت کلی و برای تمامی هندسه­ها نیز توسعه داده شدند که در آن­ها زبری نیز مدنظر قرار گرفته بود. نتایج نشان داد که این مدل­ها نیز برای هندسه­های مختلف سازگاری خوبی با نتایج تجربی دارند. مدل­سازی و شبیه­سازی فازهای اول و دوم منیپولیشن می­تواند در افزایش دقت و کمینه کردن خطای کارهای تجربی تأثیرگذار باشد از این­رو در این رساله فاز اول و دوم منیپولیشن اولا با استفاده از نتایج مدل­های تماسی توسعه داده شده و نیز خواص استخراج شده و سپس برای ذره­ی لوبیایی­شکل انجام شد. شبیه­سازی­ها برای حالت الاستیک و ویسکوالاستیک مقایسه شد که نتایج نشان داد نیروی بحرانی در حالت ویسکوالاستیک کم­تر از الاستیک می­باشد که با توجه به خاصیت دمپینگ و در نتیجه کاهش شتاب ناشی از تغییرشکل توجیه­پذیر است. میکروسکوپ نیروی اتمی در رهایش دارو، نانوجراحی، ایجاد بافت و غیره کاربرد دارد، به همین دلیل مرحله­ی بعد از شروع حرکت ذره نیز اهمیت می­یابد. در این رساله مسیریابی ذرات زیستی ویسکوالاستیک با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه­سازی شده است. بدین صورت که تصویر واقعی سلول­های اچ­ان-5 پردازش شده و مسیریابی از بین این­سلول­ها به­عنوان موانع ثابت صورت می­گیرد. به منظور افزایش دقت و با توجه به امکان وجود موانع متحرک در مسیر ذره، سه مانع متحرک در مسیر در نظر گرفته شده که پروفیل حرکت نامشخص دارند. از طرفی بخاطر اهمیت دقت و نیز تخریب ذره و ابزار، تابع هدف شامل خطای ای­اف­ام، تغییرشکل ذره و نیروی وارده بر ابزار در نظر گرفته شده و کمینه می­شود. نتایج با کارهای پیشین مورد مقایسه قرار گرفته و صحت­سنجی صورت گرفت که مسیر مشابه از بین موانع مشابه ارائه شد.
واژه‌های کلیدی:بیومنیپولیشن سه­بعدی، ویسکوالاستیک، بهینه­سازی مسیر، ذرات زیستی