‌‌بررسی مدل‌های اصطکاکی جدید در منیپولیشن دوبعدی بافت سرطانی معده

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 1، دوره 35، شماره 2 - شماره پیاپی 32، تیر 1402، صفحه 1-16   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.79529.1146

نویسنده

معین طاهری^*

دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

اهدافی همچون عدم آسیب رساندن به بافت‌های سالم و سایر ارگان‌ها در هنگام استفاده از دارو و شناسایی هرچه زودتر بافت‌های سرطانی، سبب ورود علم نانو در حوزه‌ی پزشکی شده است. در این راستا، تحقیقاتی با درنظر گرفتن ابزار و روش‌های گوناگون صورت گرفته که مطلوب‌ترین این روش‌ها با توجه به کاربردهای فراوان در هنگام مطالعه‌ی بافت‌های سلولی، در محیط‌های مختلف، روش نانومنیپولیشن مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی بوده است. لذا در این مقاله به‌منظور یافتن مطلوب‌ترین مقدار نیرو و زمان بحرانی در نانومنیپولیشن بافت سرطانی، با هدف کاوش سطح و به‌دست آوردن اطلاعات مربوط به بافت سرطانی معده با کمترین آسیب، شبیه‌سازی دوبعدی نانومنیپولیشن انجام شده است. فاکتور مهم مورد بررسی در این تحقیق اصطکاک می‌باشد که از جمله عوامل مقاوم در برابر حرکت و دارای اثر مستقیم بر نیرو و زمان بحرانی است. لذا با توسعه‌ی مدل‌های اصطکاکی ساده، با در نظر گرفتن مدل‌های اصطکاکی کارلسون-باتیستا، لمایتره-کارلسون و اف‌کاتی، نمودارهای نیرو- زمان ترسیم شده و مقادیر نیرو و زمان بحرانی محاسبه شده است. کمترین مقدار نیرو برابر با 0.453 نانونیوتن و کمترین مقدار زمان بحرانی برابر با 45 میلی‌ثانیه بوده است، که از شبیه‌سازی با مدل اصطکاکی اف‌کاتی حاصل شده است. همچنین مقایسه‌ی این مقادیر با پژوهش‌های گذشته، نشان‌دهنده‌ی کاهش نیرو و زمان بحرانی نسبت به مدل اصطکاکی لاگره بوده است.

کلیدواژه‌ها

بافت سرطانی معده؛ مدل اصطکاکی؛ نانومنیپولیشن؛ نیروی و زمان بحرانی؛ میکروسکوپ نیروی اتمی

مراجع

 

[1] J. Carlson and A. Batista, “Constitutive relation for the friction between lubricated surfaces”, Physical Review E, vol. 53, no. 4, pp. 4153-4165, (1996).

[2] A. Lemaître, “Rearrangements and dilatancy for sheared dense materials”, Physical Review Letters, vol. 89, no. 19, pp. 195503:1-4, (2002).

[3] S. Leporatti, D. Vergara, A. Zacheo, V. Vergaro, G. Maruccio, R. Cingolani and R. Rinaldi, “Cytomechanical and topological investigation of MCF-7 cells by scanning force microscopy”, Nanotechnology, vol. 20, no. 5, pp. 055103: 1-6, (2009).

[4] M. Taheri, “Application of atomic force microscopy in critical force and critical time extraction of 2D manipulation for gastric cancer tissue with different friction models”, Nanoscale, vol. 9, no. 1, pp. 136-145, (2022).

[5] M. Taheri, “Investigation of the effect of different friction models on experimental extraction of 3D nanomanipulation force and critical time of colon cancer tissue”, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, vol. 54, no. 4, pp.4, (2022).

[6] M.H. Korayem, H.B. Hezaveh and M. Taheri, “Experimental Determination of HT29 Cancerous Cell Surface Roughness by Atomic Force Microscopy to be Applied in Nanomanipulation”, Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 28, no. 1, pp. 111-122, (2017).

[7] Y. Bu, , L. Li, C. Yang, R. Li, and J. Wang, “Measuring viscoelastic properties of living cells”, Acta Mechanica Solida Sinica, vol. 32, no. 5, pp. 599-610, (2019).

[8] C. Hou, D. Sun and L. Dong, “Nanomanipulation in Biomedical Applications”, Current Robotics Reports, vol. 2, no. 2, pp. 133-145, (2021).

[9] Z. Lu, Z. Wang, D. Li, W. Zhu, R. Wang, K. Qu and J. Yan, “Effect of astragalus polysaccharides on cancer cells studied by AFM”, 2021 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, (3M-NANO), IEEE, pp. 51-54, (2021).

[10] M. Taheri and S.H. Bathaee, “Determination of the young modulus of gastric cancer tissue experimentally using atomic force microscopy”, Modares Mechanical Engineering, vol. 20, no. 12, pp. 2709-2720, (2020).

[11] M. Taheri and M. Mirzaluo, “Experimental Extraction of Young's Modulus of MCF-7 Breast Cancer Cell Using Spherical Contact Models”, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, vol. 53, no.12, pp. 5769-5784, (2022).

[12] C. Hao, S. Wang, S. Yuan, B. Wu, P. Yu, and J. Shi, “Extraction algorithm for longitudinal and transverse mechanical information of AFM”, Nanotechnology and Precision Engineering, vol. 5, no. 2, pp. 023004, (2022).

[13] M.H. Korayem, H. Khaksar, and H. Sharahi, , “Modeling and simulation of contact parameters of elliptical and cubic nanoparticles to be used in nanomanipulation based on atomic force microscope’, Ultramicroscopy, vol. 206, pp. 112808: 1-12, (2019).

[14] A. D’orlando, J.Y. Mevellec, G. Louarn and B. Humbert, “Atomic force microscopy nanomanipulation by confocal Raman multiwavelength spectroscopy: Application at the monitoring of resonance profile excitation changes of manipulated carbon nanotube”, The Journal of Physical Chemistry C, vol. 124, no. 4, pp. 2705-2711, (2020).

[15] M. Makulavicius, O. Balitskyi, R. Urbonas, A. Dzedzickis, V. Bučinskas, A. Petronis, M. Kovalenko and I. Morkvenaite-Vilkonciene, “Recent Advances in Mechanical Micro-and Nanomanipulation”, Conference on Automation, Springer, pp. 248-256, (2020).

[16] T. Zhang, H. Yu, P. Li, X. Wang, F. Wang, J. Shi, Z. Liu, P. Yu, W. Yang and Y. Wang, “Microsphere-based super-resolution imaging for visualized Nanomanipulation”, ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 12, no. 42, pp. 48093-48100, (2020).

[17] H. Khaksar, “Finding the optimal contact function and path in nanomanipulation process-based on AFM Nanorobot”, 2019 7th International Conference on Robotics and Mechatronics (ICRoM), IEEE, pp. 588-592, (2019).

[18] M. Taheri, “Investigation and sensitivity analysis of dimensional parameters and velocity in the 3D nanomanipulation dynamics of carbon nanotubes using statistical Sobol method”, Modares Mechanical Engineering, vol. 19, no. 1, pp. 125-135, (2019).

[19] M. Taheri, P. Karimi, M. Mstali, and M. Nazemizadeh, “Calculating the Young's modulus of head and neck cancer cells during the nanomanipulation process using atomic force microscope”, The Iranian Journal of Mechanical Engineering, vol. 31, no. 4, pp. 22-31, (2022).

[20] M. Khalili, M. Taheri, S.H. Bathaee and F. Shakeri, “Study of DNA nanoparticle manipulation using atomic force microscopy based on finite element method using theories of contact mechanics”; Mechanic of Advanced and Smart Materials, vol. 1, no. 2, pp. 155-174, (2022).

[21] F. Fereiduni, M. Taheri and M. Modabberifar, “Investigation of the effect of different parameters on force in the second phase of two-dimensional Nanomanipulation”, Iranian Journal of Manufacturing Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 23-31, (2021).

[22] A. Moshirpanahi, Sh. Etemadi Haghighi, and A. Imam, “Dynamic modeling of a cylindrical nanoparticle manipulation by AFM”, Engineering Science and Technology, vol. 24, no. 3, pp. 611-619, (2021).

[23] M. Modabberifar, Y. Hojjat, A. Abdullah and M. Dadkhah, “Analysis of the Dynamic Characteristics of a Three Phase Panel Type Electrostatic Actuator Using PEM System Identification”, Sensors & Actuators A: Physical, vol. 151, no. 2, pp. 173–178, (2009).

[24] M.H. Korayem, H.B. Hezaveh, and M. Taheri, “Dynamic modeling and simulation of rough cylindrical micro/nanoparticle manipulation with atomic force microscopy”, Microscopy and Microanalysis, vol. 20, no. 6, pp. 1692-1707, (2014). ‏

[25] M.H. Korayem, M. Taheri and A.H. Korayem, “Manipulation with atomic force microscopy: DNA and yeast micro/nanoparticles in biological environments”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics, vol. 228, no. 4, pp. 414-425, (2014).‏

[26] M.H. Korayem, H. Khaksar, R.N. Hefz Abad and M. Taheri, “Simulation of soft bacteria contact to be applied in nanomanipulation”, Modares Mechanical Engineering, vol. 14, no. 14, pp. 227-234, (2015).