بررسی نیروهای بین مولکولی بافت سرطانی سر و گردن در محیط ‌های مختلف مایع طی فرآیند نانومنیپولیشن مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

چکیده

مطالعه درباره‌ی ساختار و بهبود خواص ذرات در ابعاد نانو از جمله کاربردهای فرایند نانومنیپولیشن بوده است. میکروسکوپ نیروی اتمی با کاربردهایی همچون تصویربرداری، جابه‌جایی، استخراج خواص مواد و استفاده در لیتوگرافی از کارآمدترین ابزار مطالعاتی در حوزه‌ی نانو به‌شمار می‌آید. در این مقاله به منظور شناخت بافت سرطانی سر و گردن و در راستای بهبود روند شناخت و درمان بیماری از میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده شده است. تحقیقات صورت گرفته در محیط‌های مایع از جمله آب، اتانول، متانول و پلاسما انجام شده است. برررسی نیروهای بین مولکولی وان‌دروالس، آب پوشی و الکترواستاتیک دولایه در محیط‌های مختلف مایع از دیگر موارد مهم در این پژوهش محسوب می‌شود. در نهایت، پس از شبیه‌سازی‌های صورت گرفته، کمترین نیرو و زمان بحرانی که از اهداف مهم فاز نخست نانومنیپولیشن می‌باشد، به ترتیب برابر با 0.759 میکرونیوتن و 0.299 ثانیه در محیط پلاسما و بیشترین مقدار برابر با 0.821 میکرونیوتن و 0.340 ثانیه در محیط آب رخ داده است. مقادیر بالای نیروهای بین مولکولی در محیط آب از علل بالا بودن نیرو و زمان بحرانی تشخیص داده شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of intermolecular forces of head and neck cancerous tissue in different fluid environments during nanomanipulation process using atomic force microscope

نویسندگان [English]

  • Moein Taheri
  • fateme Fereiduni
Department of Mechanical Engineering, Arak University, Arak, Iran
چکیده [English]

Abstract: The study of the structure and improvement of particle properties in nanoscale has been one of the applications of the nanomanipulation process. Atomic force microscope is one of the most efficient study tools in the field of nanotechnology with applications such as imaging, manipulation, extraction of material properties and use in lithography. In this article, in order to identify the cancerous tissue of the head and neck and in order to improve the process of recognizing and treating the disease, atomic force microscopy has been used. Research has been performed in liquid media including water, ethanol, methanol and plasma. Investigation of intermolecular forces of van der Waals, Hydration and Electrostatic double layer in different liquid environments are other important cases in this research. Finally, after the simulations, the lowest critical force and time, which is one of the important goals of the first phase of nanomanipulation, are equal to 0.759 μN and 0.299 sec in plasma, respectively, and the highest value is equal to 0.821 μN and 0.340 sec in water. High levels of intermolecular forces in the water environment have been identified as causes of high critical force and time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Head and Neck cancer
  • Nanomanipulation
  • AFM
  • fluid environments
  • intermolecular forces

مراجع

[1] K. K. Jain, Recent advances in nanooncology, Technology in cancer research & treatment, 7(1), 1-13, 2008.
[2] X. Liang, J. Y. Zhang, I. K. Cheng, J. Y. Li, Effect of high energy X-ray irradiation on the nano-mechanical properties of human enamel and dentine, Brazilian oral research, 30(1), 2015.
[3] A. M. Rose-Ped, L. A. Bellm, J. B. Epstein, A. Trotti, C. Gwede, H. J. Fuchs, Complications of radiation therapy for head and neck cancers: the patient’s perspective, Cancer nursing, 25(6), 461-467, 2002.
[4] S. Sahoo, S. Parveen, J. Panda, The present and future of nanotechnology in human health care, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 3(1), 20-31, 2007.
[5] T. Fukuda, M. Nakajima, H. Tajima, Y. Shen, T. Yue, Micro-nanomanipulation system toward biological cell analysis and assembly, in:  2012 First International Conference on Innovative Engineering Systems, IEEE, 31-36, 2012.
[6] E. Alizadeh, M. Dehestani, P. Zysset, Mechanical Properties and Structural Behavior of Bone at Nano Scale with Cohesive Elementmm, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 53(2), 1-3, 2021.
[7] M. Taheri, Using of sphericalcontact models in 3d manipulationmodeling of Au nanoparticles using atomic force microscopy to calculate the critical force and time, Journal of Mechanical Engineering, 48(2), 175-184, 2018.
[8] M. Taheri, M. Mirzaluo, Experimental Extraction of Young's modulus of MCF-7 Breast Cancer Cell Using Spherical Contact Models, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 53(12), 10-10, 2022.
[9] H. Xie, D. S. Haliyo, S. Régnier, A versatile atomic force microscope for three-dimensional nanomanipulation and nanoassembly, Nanotechnology, 20(21), 2009.
[10] S. Sadeghzadeh, M. H. Korayem, Modeling and Control of Deformation of Tip of AFM Nano-robot in the Automatic Nano-manipulation Operations, mechanical engineering journal, 47(1), 169-178, 2017.
[11] M. Taheri, The effect of environmental factors on critical force and time of 3D nanomanipulation using Sobol statistical sensitivity analysis method, Journal of Mechanical Engineering, 49(2), 159-168, 2019.
[12] Y. Gur, I. Ravina, A. J. Babchin, on the electrical double layer theory. II. The Poisson—Boltzmann equation including hydration forces, Journal of Colloid and Interface Science, 64(2), 333-341, 1987.
[13] J. I. Kilpatrick, S. H. Loh, S. P. Jarvis, Directly probing the effects of ions on hydration forces at interfaces, Journal of the American Chemical Society, 135(7), 2628-2634, 2013.
[14] J. Morag, M. Dishon, U. Sivan, The governing role of surface hydration in ion specific adsorption to silica: An AFM-based account of the Hofmeister universality and its reversal, Langmuir, 29(21), 6317-6322, 2013.
[15] A. H. Korayem, M. Taheri, M. H. Korayem, Dynamic Modeling and simulation of nano particle motion in different environments using AFM nano–robot, Modares Mechanical Engineering, 15(1), 294-300, 2015.
[16] M. Taheri, 3D-Dynamic Modeling and simulation of biological nanoparticle motion using AFM nano–robot. Modares Mechanical Engineering. 15(12), 311-316, 2016.
[17] 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. Nanomeghyas, 9(1), 136-145, 2022.
[18] A. M. Badizi, H. Maleki, Investigation and Comparison of Structural, Morphological, Magnetic and Optical Properties of Cobalt Ferrite Thin layer and Nanoparticles, Nanomeghyas, 7(3), 89-97, 2020.
[19] M. H. Korayem, M. Taheri, and Z. Rastegar, Sobol Method Application in Sensitivity Analysis of LuGre Friction Model‎ during 2D Manipulation‎, Scientia Iranica, 21(4), 1461-1469,  2014.
[20] M. Khalili, M. Taheri, and S. H. Bathaee, F. Shakeri, Study of DNA nanoparticle manipulation using atomic force microscopy based on finite element method using theories of contact mechanics‎, Mechanics of Advanced and Smart Materials Journal, 1(2), 155-174, 2022.
[21] I. E. Dzyaloshinskii, E. M. Lifshitz, L. P. Pitaevskii, The general theory of van der Waals forces, Advances in Physics, 10(38), 165-209, 1961.
نانومقیاس
دوره 9، شماره 4
دی 1401
صفحه 43-53

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 خرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 04 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش: 21 تیر 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار