جلسه دفاع پیشنهادیه رساله دکتری (آقای احسان ترکان)
موضوع: مطالعه خصوصیات ساختاری و مکانیکی نانولوله‌های مبتنی بر زیست‌پلیمرهای اسیدنوکلئیک با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی تمام‌اتم
ارائه دهنده: احسان ترکان
استاد راهنما: دکتر مهدی سلمانی تهرانی
استادان مشاور:-----
استادان داور: دکتر سعید ضیایی راد، دکتر محمد سیلانی، دکتر مهدی جوانبخت
چکیده
نانوفناوری اسیدنوکلئیک، یکی از زیرشاخه‌های نانوزیست‌فناوری و یک راهبرد کارآمد و قابل کنترل برای سنتز انواع نانوساختارهای زیستی با استفاده از مولکول‌های دی‌ان‌ای و آران‌ای است. وظیفه‌ی اصلی مولکول‌های دی‌ان‌ای و آران‌ای انتقال اطلاعات ژنتیکی است. اما نانوفناوری اسیدنوکلئیک نشان داده است که با به‌کارگیری این زیست‌پلیمرها و بر اساس خاصیت خودآرایی آن‌ها، می‌توان نانوساختارهایی با ظرافت بالا ایجاد نمود که در زمینه‌های نانومهندسی و نانوپزشکی کاربردی هستند. یکی از فرآورده‌های جذاب این نانوفناوری، نانولوله‌های مبتنی بر اسیدهای نوکلئیک است. با توجه به ساختار استوانه‌ای توخالی و نسبت ابعاد بالا، تاکنون این نانولوله‌ها در کاربردهای عملی گوناگون مانند دارورسانی برای درمان سرطان، نانوحس‌گرهای نیرویی، ساخت واکسن و عضو سازنده‌ی نانوربات‌ها و نانوماشین‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. در ساخت این نانولوله‌ها، کنترل دقیقی بر قطر و طول آن‌ها وجود دارد. با این حال یک چالش بزرگ در استفاده از آن‌ها، خصوصیات ساختاری و مکانیکی ضعیف آن‌ها مخصوصاً در محیط‌های بیولوژیکی است. از این رو، پژوهش‌گران در سال‌های اخیر راهکارهایی جهت بهبود پایداری ساختاری و خواص مکانیکی این نوع نانولوله‌ها ارائه کرده‌اند. یکی از این راهکارها، اصلاح شیمیایی این نانولوله‌ها است. تاکنون اصلاحات شیمیایی مختلفی توسط دانشمندان برای اسیدهای نوکلئیک ارائه شده است. استفاده از این اصلاحات شیمیایی در نانوساختارهای مبتنی بر اسیدهای نوکلئیک می‌تواند خواص فیزیکی آن‌ها را بهبود دهد. در این مطالعه، چند نوع نانولوله‌ی مبتنی بر ماکرومولکول‌های اسیدنوکلئیک مدنظر است. بررسی‌های آزمایشگاهی در این زمینه پرهزینه بوده و معمولاً شرایط دستیابی به تمام جزییات را فراهم نمی‌کند. از این رو، در این تحقیق از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی تمام‌اتم به‌عنوان یک ابزار برجسته و قدرتمند جهت انجام تحلیل‌ها استفاده خواهد شد. شبیه‌سازی‌ها توسط کد گرومکس انجام می‌شود و شامل دو قسمت اصلی است؛ در قسمت اول، با استفاده از روش دینامیک مولکولی تعادلی، نانولوله‌های مدنظر در حلال آب و تحت دماهای مختلف شبیه‌سازی می‌شوند. در این قسمت، ابتدا خصوصیات ساختاری نانولوله‌ها مانند پایداری ساختاری، شعاع ژیراسیون، پارامترهای هندسی بازهای آلی، شکست پیوندهای هیدروژنی و حلال‌پوشی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. سپس، برخی از خواص مکانیکی نانولوله‌ها محاسبه می‌گردد. در قسمت دوم، با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی هدایت‌شده که شبیه‌سازی‌هایی غیرتعادلی هستند، آزمون‌های مکانیکی کشش، فشار و پیچش بر روی انواع نانولوله‌ها در دماهای مختلف انجام خواهد شد. با توجه به کاربردهای نانولوله‌ها در نانومهندسی، در این مطالعه سعی خواهد شد که با استفاده از روش دینامیک مولکولی هدایت‌شده، مطالعه‌ای جامع بر خواص مکانیکی، تحلیل تنش اتمی و مکانیزم تغییرشکل ساختار اتمی نانولوله‌ها تحت بارگذاری‌های کششی، فشاری و پیچشی ارائه شود.
واژگان کلیدی: نانولوله‌های مبتنی بر اسیدنوکلئیک، روش دینامیک مولکولی، خصوصیات ساختاری، خصوصیات مکانیکی.