شبیه سازی غشاء دو لایه ای سلول زنده و محاسبه ی ضریب دیفیوژن آب از غشاء به روش دینامیک استهلاکی ذره

وابستگی خواص مواد غشاهای دولایه ای لیپیدی به ساختار مولکول های سازنده ی آنها از نظر بیولوژیکی بسیار مهم است. غشاء پلاسمایی که همه ی سلول های زنده را احاطه کرده به اندازه ی کافی باید قوی باشد زیرا که این غشاء باید از نفوذ یون ها و مولکول های ناخواسته جلوگیری کند. علاوه بر این باید به اندازه ی کافی انعطاف پذیر باشد زیرا سلولی مثل سلول قرمز خون باید بتواند از لوله هایی مویین و بسیار باریک که قطر آنها فقط یک سوم قطر آن سلول است گذر کند. پروسه های دینامیکی که در رابطه با غشاهای بیولوژیکی اتفاق می افتد، وقایعی را پوشش می دهد که از نظر ابعاد طولی نسبت به اندازه مولکولی بزرگتر است. مولکول های لیپید معمولاً شبیه به میله های نیمه انعطاف پذیری به طول nm2-1 هستند در حالی که سایز اتمی حدود nm1/0 است. همین طور مقیاس های زمانی این فرایند ها بسیار بزرگتر از زمان تناوب نوسان های مولکولی می باشد. بنابراین در شبیه سازی دولایه ای لیپیدی با گستره ی وسیعی از مقیاس های طولی و زمانی سروکار خواهیم داشت. با توجه به این مطلب از روش مناسب دینامیک استهلاکی ذره ( ) برای شبیه سازی سیال دولایه ای لیپیدی بهره برده ایم. در این مدلسازی توانسته ایم تجمع خودبه خود روکنشگرهای تشکیل دهنده ی غشاء را به درستی مدل کرده و خواصی مانند تعادل و پروفیل فشار جانبی را در آن بررسی کنیم. همچنین پیوندهای غیر اشباع در ساختار شیمیایی روکنشگرهای تشکیل دهنده ی غشاء را بااعمال یک پتانسیل خمشی مدل کرده و تأثیر این پیوندهای غیر اشباع را روی خواص غشاء مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج نشان دادند که تأثیر مکان قرارگیری پیوندهای غیر اشباع روی این خواص بسیار مهم است. در صورت قرارگرفتن این نوع پیوند در انتهای دم پلیمرهای تشکیل دهنده، خواص فیزیکی غشاء بسیار شبیه به غشاهایی است که کاملاً منعطف در نظر گرفته شده باشند لیکن وقتی این پیوند نزدیک به سر پلیمر قرار داشته باشد منجر به ایجاد ساختاری فشرده تر برای غشاء بیولوژیکی می گردد. تأثیر طول زنجیره های هیدروکربنی نیز بر روی ساختار غشاء مورد مطالعه قرار گرفت و همانند نتایج به دست آمده با مطالعات تئوری به رفتاری خطی برای مساحت بر واحد تعداد روکنشگر نسبت به تعداد زنجیره های هیدروکربنی دست یافته ایم. پلیمرهای تشکیل دهنده ی غشاء را در دو نوع تک شاخه ای و دو شاخه ای شبیه سازی کردیم و خواص را برای هر یک مورد مطالعه و بررسی قرار دادیم. در حالت مدلسازی شاخه ای برای اولین بار توانسته ایم جنس پلیمر را از لحاظ ساختار شیمیایی به طور مشخص مدلسازی کنیم که این کار وجه تمایز کار ما با کارهای قبلی بوده است. هدف دیگر ما در این تحقیق محاسبه ی ضریب دیفیوژن آب از غشاهای مدلسازی شده بوده است که این کار به درستی با نتایج تئوری یا شبیه سازی های حاصل از دینامیک مولکولی مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار گرفت. کلمات کلیدی: دینامیک استهلاکی ذره، غشاء بیولوژیکی، دولایه ی لیپیدی، دیفیوژن.