استخراج نیرو و زمان بحرانی فرآیند جابه‌جایی سه‌بعدی بافت سرطانی روده با مدل‌های مختلف اصطکاکی پرسون

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

مطالعه‌ی کاربردی بر روی بافت‌های سرطانی به‌منظور درمان بیماری، تنها با شناخت کامل سلول‌های سرطانی و سالم، ازلحاظ ساختار مکانیکی، شیمیایی و هندسی امکان‌پذیر می‌باشد؛ لذا با توجه به پژوهش‌های صورت گرفته، جابه‌جایی مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی، از فرآیندهای پرکاربرد در این زمینه مطرح‌ شده است. حساسیت بالا در جابه‌جایی بافت‌های سلولی و آسیب‌پذیری آن‌ها در هنگام اعمال نیروهای زیاد، سبب مدل‌سازی بهینه فرآیند شده است. در فاز اول جابه‌جایی، نیروی اعمالی بر تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی، باید بر نیروهای مقاومی همچون اصطکاک غلبه نماید. بررسی‌های صورت گرفته در فاز اول جابه‌جایی نانوذرات و به‌صورت سه‌بعدی انجام‌شده است. نیرو و زمان بحرانی با مقایسه‌ی نیروهای اعمالی در هر سه جهت حرکت و نیروی برآیند، برای هر سه مدل اصطکاکی پرسون محاسبه ‌شده و در جهت اطمینان از نتایج حاصل از این شبیه‌سازی، صحت‌سنجی‌های لازم با مدل‌های اصطکاکی لاگره، کولمب و اچ‌کا، که در تحقیقات قبل حاصل‌شده بود، انجام‌شده است. درنهایت نتایج حاکی از کم‌ترین مقدار در مدل اصطکاکی سوم پرسون، با مقادیر 93 نانونیوتن برای نیروی بحرانی و 78 میلی‌ثانیه برای زمان بحرانی بوده است.

کلیدواژه‌ها


 [1] Miller T. J, McCoy M. J, Hemmings C, Bulsara M. K, Iacopetta B, Platell C. F (2017) The prognostic value of cancer stem-like cell markers SOX2 and CD133 in stage III colon cancer is modified by expression of the immune-related markers FoxP3, PD-L1 and CD3. Pathology 49(7): 721–730.
[2] Liu H, Wang N, Zhang Z, Wang H, Du J, Tang J (2017) Effects of tumor necrosis factor-α on morphology and mechanical properties of HCT116 human colon cancer cells investigated by atomic force microscopy. Scanning.
[3] Taheri M (2022) Investigation of the effect of different friction models on experimental extraction of 3D nanomanipulation force and critical time of colon cancer tissue. Amirkabir Mech Eng 54(4): 791–804.
[4] Hou Y, Wang Z, Li D, Qiu R, Li Y, Jiang J (2017) Cellular shear adhesion force measurement and simultaneous imaging by atomic force microscope. J. of Med Bio Eng 37(1): 102–111.
[5] Pachenari M, Seyedpour S.M, Janmaleki M, Shayan S.B, Taranejoo S, Hosseinkhani H (2014) Mechanical properties of cancer cytoskeleton depend on actin filaments to microtubules content: investigating different grades of colon cancer cell lines. J biomech 47(2): 373-379.
[6] Deptuła P, Lysik D, Pogoda K, Cieśluk M, Namiot A, Mystkowska J, Bucki R (2020) Tissue rheology as a possible complementary procedure to advance histological diagnosis of colon cancer. ACS Biomaterials Eng 6(10): 5620-5631.
[7] Qin Y, Yang W, Chu H, Li Y, Cai S, Yu H,  Liu L (2022) Atomic Force Microscopy for Tumor Research at Cell and Molecule Levels. Microscopy Microanalysis 28(3): 585-602.
[8] Zarei B, Bathaee S. H, Taheri M, Momeni M (2019) Second phase of nanomanipulation of particles by atomic force microscopy using Coulomb, HK, and LuGre Friction Models. Modares Mech Eng 19(1): 181-190.
[9] Taheri M (2016) Manipulation dynamic modeling for micro/nano-devices manufacturing using the LuGre friction model. Iranian Manufac Eng 3(2): 45-53
[10] Nosonovsky M, Bhushan B (2007) Multiscale friction mechanisms and hierarchical surfaces in nano-and bio-tribology. Materials Sci Eng 58(3-5): 162-193.
[11] Taheri M (2016) 3D-Dynamic modeling and simulation of biological nanoparticle motion using AFM nano–robot. Modares Mech Eng 15(12): 311-316.
[12] Zakeri M, Kharazmi M (2015) Modeling of Friction in Micro/Nano scale with Random Roughness Distribution. Modares Mech Eng 14(11): 175-184.
[13] Taheri M. (2017) 3D Modeling of Gold Nanoparticle Manipulation in Air Using HK Friction Model. Modares Mech Eng 16(10): 275-282.
[14] Taheri M (2022) The use of atomic force microscopy in the extraction of force and critical time of 2D Manipulation for gastric cancer with different frictional models.  Nanoscale 9(1): 136 -145.
[15] Korayem A. H, Korayem M. H, Taheri M (2015) Robust controlled manipulation of nanoparticles using the AFM nanorobot probe. Arabian J. Sci Eng 40(9): 2685-2699.
[16] Fada H, Soleimani A, Sadeghian H (2019) Analysis of Transient Tip-Sample Interactions in High Speed Tapping Mode Atomic Force Microscopy with the Purpose of Damage Prevention. Modares Mech Eng 19(8): 1827-1836.
[17] Mohammadi S.Z, Pishkenari H. N, Moghaddam M.M, Sajjadi M (2021) Controlled manipulation of a bio-particle using trolling mode atomic force microscope: a simulation study. Journal Nanoparticle 23(10): 1-15.
[18] Korayem M, Estaji M, Homayooni A (2017) Molecular dynamic modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM: investigating substrate effects. Modares Mech Eng 17(3): 437-445.
 [19] Moshirpanahi A, Haghighi S.E, Imam A (2021) Dynamic modeling of a cylindrical nanoparticle manipulation by AFM. Eng Techno Journal 24(3): 611-619.
[20] Korayem M.H, Taheri M, Korayem A.H (2014) Manipulation with atomic force microscopy: DNA and yeast micro/nanoparticles in biological environments. J. Multi Dynamics 228(4): 414-425.