طراحی چارچوب مقیاس شده به منظور تحلیل رفتار فروروی غشای گلبول قرمز در بارگذاری ضربه ای نانوذرات

نوع مقاله : مکانیک ضربه

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در حال حاضر روش مقیاس­سازی شناخته‌شده جهت تحلیل رفتار مکانیکی سلول که فراهم‌کننده آزمایش­های مقیاس شده و قابل‌اجرا در کاربردهای عملی سامانه­های رسانش دارویی توسط نانوذرات ­باشد وجود ندارد. در این مقاله برای اولین بار بر اساس نظریه جدید تشابه محدود، طراحی چارچوب مقیاس شده جهت تحلیل رفتار فروروی غشای گلبول قرمز در مواجهه بار ضربه­ای از طریق تعیین آزمایش­های تجربی و نسبت دادن نمونه­ها در مقیاس ابعادی متفاوت و با معادلات ساختاری هایپرالاستیک متفاوت مانند لاستیک­ها ارائه و بسط داده‌شده است. نرم­افزار المان محدود آباکوس جهت سنجش کارایی نظریه تشابه محدود به کار گرفته‌شده است. تطابق نتایج شبیه­سازی بارگذاری ضربه­ای نشان می­دهد که رفتار غشای گلبول قرمز با نسبت دادن رابطه ساختاری یئو، با دقت خوب قابل پیش­بینی است. از بین 8 ماده آزمایشی انتخابی، می­توان بهترین نمونه آزمایشی برای مقیاس کردن گلبول با خطای زیر 5 درصد را نمونه 7 با رابطه ساختاری مونی­ریولین برگزید. همچنین با فرض پذیرش خطای کمتر از 10 درصد در نتایج، نمونه 2 با رابطه ساختاری یئو نیز انتخاب مناسب برای مقیاس کردن گلبول می­باشد. با دقت در نتایج و میزان خطا، نامناسب­ترین نمونه برای مقیاس کردن گلبول، نمونه 8 با رابطه ساختاری اگدن می­باشد.

تازه های تحقیق

  • تحلیل رفتار مکانیکی گلبول قرمز در رسانش دارویی از طریق نانوذرات
  • استفاده از نرم­افزار المان محدود آباکوس در سنجش کارایی تشابه محدود
  • مقیاس کردن با استفاده از تشابه محدود و انجام آزمایش­‌ها روی نمونه‌های معادل با ابعاد و مواد متفاوت

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Li S, Sun B. Advances in cell mechanics: Springer; 2012##.
[2] Yang K, Ma Y-Q. Computer simulation of the translocation of nanoparticles with different shapes across a lipid bilayer. Nature nanotechnology. 2010;5(8):579-83##.
[3] Boroushaki T, Dekamin MG, Hashemianzadeh SM, Naimi-Jamal MR, Koli MG. A molecular dynamic simulation study of anticancer agents and UiO-66 as a carrier in drug delivery systems. Journal of Molecular Graphics and Modelling. 2022;113:108147##.
[4] Ansari R, Kazemi E, Mahmoudinezhad E, Sadeghi F. Preferred position and orientation of anticancer drug cisplatin during encapsulation into single-walled carbon nanotubes. 2012##.
[5] Helfrich W. Elastic properties of lipid bilayers: theory and possible experiments. Zeitschrift für Naturforschung C. 1973;28(11-12):693-703##.
[6] Deuling H, Helfrich W. Red blood cell shapes as explained on the basis of curvature elasticity. Biophysical journal. 1976;16(8):861-8##.
[7] Zarda P, Chien S, Skalak R. Elastic deformations of red blood cells. Journal of biomechanics. 1977;10(4):211-21.
[8] Shen H-S. Nonlocal shear deformable shell model for torsional buckling and postbuckling of microtubules in thermal environments. Mechanics Research Communications. 2013;54:83-95##.
[9] Sahmani S, Aghdam M. Nonlocal strain gradient beam model for postbuckling and associated vibrational response of lipid supramolecular protein micro/nano-tubules. Mathematical Biosciences. 2018;295:24-35##.
[10] Chee C, Lee H, Lu C. Using 3D fluid–structure interaction model to analyse the biomechanical properties of erythrocyte. Physics Letters A. 2008;372(9):1357-62##.
[11] Riva L, Petrini C. A few ethical issues in translational research for gene and cell therapy. Journal of Translational Medicine. 2019;17:1-6##.
[12] Sadeghi H, Davey K, Darvizeh R, Rajabiehfard R, Darvizeh A. An investigation into finite similitude for high-rate loading processes: advantages in comparison to dimensional analysis and its practical implementation. International Journal of Impact Engineering. 2020;140:103554##.
[13] Oshiro RE, Alves M. Scaling impacted structures. Archive of applied mechanics. 2004;74:130-45##.
[14] Jiang P, Tian C, Xie R, Meng D. Experimental investigation into scaling laws for conical shells struck by projectiles. International Journal of Impact Engineering. 2006;32(8):1284-98##.
[15] Alves M, Oshiro RE. Scaling impacted structures when the prototype and the model are made of different materials. International Journal of Solids and Structures. 2006;43(9):2744-60##.
[16] Mazzariol LM, Alves M. Experimental verification of similarity laws for impacted structures made of different materials. International Journal of Impact Engineering. 2019;133:103364##.
[17] Davey K, Darvizeh R, Al-Tamimi A. Scaled metal forming experiments: a transport equation approach. International Journal of Solids and Structures. 2017;125:184-205##.
[18] Ochoa-Cabrero R, Alonso-Rasgado T, Davey K. Scaling in biomechanical experimentation: a finite similitude approach. Journal of the Royal Society Interface. 2018;15(143):20180254##.
[19] Ochoa-Cabrero R, Alonso-Rasgado T, Davey K. Zeroth-order finite similitude and scaling of complex geometries in biomechanical experimentation. Journal of the Royal Society Interface. 2020;17(167):20190806##.
[20] Moghaddam M, Darvizeh R, Davey K, Darvizeh A. Scaling of the powder compaction process. International Journal of Solids and Structures. 2018;144:192-212##.
[21] Davey K, Darvizeh R, Golbaf A, Sadeghi H. The breaking of geometric similarity. International Journal of Mechanical Sciences. 2020;187:105925##.
[22] Rayleigh. The principle of similitude. Nature. 1915;95(2373):202-3##.
[23] Selvadurai A. Deflections of a rubber membrane. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2006;54(6):1093-119##.
[24] Yoon Y-Z, Kotar J, Yoon G, Cicuta P. The nonlinear mechanical response of the red blood cell. Physical biology. 2008;5(3):036007##.
[25] Yoon D, You D. Continuum modeling of deformation and aggregation of red blood cells. Journal of biomechanics. 2016;49(11):2267-79##.
[26] Ahmad IL, Ahmad MR. A two component red blood cell model for single cell mechanic. 2006##.
[27] Carlescu V, Prisacaru G, Olaru D. FEM simulation on uniaxial tension of hyperelastic elastomers. Applied Mechanics and Materials. 2014;659:57-62##.
[28] Barthes-Biesel D, Diaz A, Dhenin E. Effect of constitutive laws for two-dimensional membranes on flow-induced capsule deformation. Journal of Fluid Mechanics. 2002;460:211-22##.
[29] Rosendahl P, Drass M, Felger J, Schneider J, Becker W. Equivalent strain failure criterion for multiaxially loaded incompressible hyperelastic elastomers. International Journal of Solids and Structures. 2019;166:32-46##.
[30] Chizari M, Wang B. Estimating material property and failure of a living cell: numerical study. International Journal of Applied Mechanics. 2009;1(02):339-47##.
[31] Renaud C, Cros J-M, Feng Z-Q, Yang B. The Yeoh model applied to the modeling of large deformation contact/impact problems. International Journal of Impact Engineering. 2009;36(5):659-66##.
[32] Chen Z, Scheffer T, Seibert H, Diebels S. Macroindentation of a soft polymer: Identification of hyperelasticity and validation by uni/biaxial tensile tests. Mechanics of Materials. 2013;64:111-27##.
[33] Johlitz M, Diebels S. Characterisation of a polymer using biaxial tension tests. Part I: Hyperelasticity. Archive of Applied Mechanics. 2011;81:1333-49##.
دوره 20، شماره 1 - شماره پیاپی 75
شماره پیاپی 75، فصلنامه بهار
فروردین 1403
صفحه 163-179
  • تاریخ دریافت: 18 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری: 03 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش: 21 آذر 1402
  • تاریخ انتشار: 27 فروردین 1403