14670

1393 دكتري

دكتري

ديناميك، ارتعاشات و كنترل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1397

پانزده، 140ص: مصور، جدول، نمودار

حميدرضا ميردامادي، سعيد ضيائي راد

مهدي سلماني تهراني، علي رضا شهيدي، علي رضا شفيعي، كورش حسن پور

1398/03/18

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1398/03/19

2539770

چکیده سلولها و اندامکها توسط غشای زیستی دربر گرفتهشدهاست که محیط داخل آنها را از محیط بیرون جدا مییکنید ایین غشیا از دو تیکالییه از مولکولهای لیپید تشکیل شده که به دوالیهی لیپید معروف است لیپیدها مولکولهای قطبی هستند و بنابراین دوالییهی لیپیید ییک سیاختار قطبیی میباشد که در مقابل عبور یونها و مولکولها مقاومت میکند تغییرشکل در غشاهای زیستی بیرای بسییاری از فرآینیدهای سیلولی مثیل انتقیال در دستگاه گلژی و شبکهی اندوپالسم شکلدهی اندامکها و انتقال سیگنال حیاتی است بررسی دینامیکی غشاهای دوالیهی لیپید در مییان محققیان از اهمیت باالیی برخوردار است زیرا اطالعات ارزشمندی را دربارهی عملکرد سلول در اختیار میگذارد محدودیتهایی در روشهای تجربیی و شبیهسازیهای دینامیک مولکولی مثل هزینهی باالی محاسبات وجود دارد در حالی که در مدلهای پیوسته با صیرف هزینیهی کیمتیر پدییدههیای مختلف را میتوان بررسی و اثر هر پارامتر را جستجو کرد در این رساله ییک میدل ریاضیی بیر پاییهی خیواص مکیانیکی غشیای دوالییه معرفیی میشود که شامل انرژیهای االستیک و توابع اتالف غشا میباشد با استفاده از روش انیرژی معیادالت حیاکم بیر دینامییک ییک غشیای دوالییهی محصور بهدست میآید معادالت حاکم به وسیلهی توابع پایهی اسپیالین گسستهسازی شده و سپس بهروش عددی حل میگردد تا شیکل غشیا را بر حسب زمان بیان کند با استفاده از این مدل شکلهای ایستا برای مقادیر مختلف حجم وزیکل و اختالف سطح بین دو تکالیه بهدست آمیده و با نتایج ارائه شده در نمودار فاز برای راستیآزمایی مقایسه میگردد سپس اثر عدم تقارن چگالی در تکالیهها که در پدیدههایی هیمچیون جیذب پروتئین و تغییرات اسیدیتهی محیط مشاهده میشود مطالعه میگردد تأثیر عدم تقارن چگالی و انحنای غشا بیر تشیکیل لولیه و جوانیه و مروارییدی شدن آن مورد بررسی قرار میگیرد در قیدم بعیدی فرآینید کشییدن لولیه ی غشیایی ییا تیدر از غشیای دوالییه بررسیی مییشیود کیه در انیدامک سیتواسکلتون و دستگاه گلژی مشاهده میشود اثر کشش سطحی و نرخ کشش تدر مطالعه میگردد نشان دادهمیشود که نرخ کششی بحرانی برای این فرآیند وجود دارد که در آن غشا ناپایدار میشود نرخ کشش بحرانی بیه پارامترهیای میادهی غشیا بسیتگی دارد در نهاییت اثیر نیرخ چگیالی خارجی بر تکالیهی بیرونی در حین فرآیند کشیدن تدر مورد بررسی قرار میگیرد نشان داده میشود که تدر در این حالت تماییل بیه مروارییدی شدن دارد همچنین نرخ چگالی خارجی اثر قابل توجهی بر نرخ کشش بحرانی دارد کلمات کلیدی غشای دوالیهی لیپید مدلسازی ریاضی روش اجزای محیدود شیکلهیای ایسیتا عیدم تقیارن در چگیالی فرآیند کشیدن تدر

Dynamic Analysis of Axisymmetric Lipid Bilayer Membranes Using Finite Element Method Amir Hossein Karimi amir karimi@me iut ac ir Date of Submission 9 01 2019 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Phd Language FarsiSupervisors Hamidreza Mirdamadi hrmirdamadi@cc iut ac ir Saeed ziaei Rad szrad@cc iut ac irAbstractCells and organelles are surrounded by a biological membrane which separates inside from the outside environment This membrane consisting of two monolayers of lipid molecules called lipid bilayer Lipids are amphiphilicmolecules and hence the lipid bilayer is a polar structure which is selectively permeable to ions and molecules Shape transformations in biological membranes are crucial in a variety of cellular processes such as transport in theGolgi apparatus and endoplasmic reticulum shaping the cell organelles and signaling in neuronal synapses Dynamic analysis of lipid bilayer membranes is popular among researchers since valuable information about cellfunctions can be retrieved There are several limitations in experimental tests and simulations such as computationaland implementation cost However in theoretical studies different phenomena can be modeled and the effect ofeach parameter can be investigated In this study a mathematical model based on the mechanical properties of lipidbilayer is utilized Elastic energies and dissipation functions are considered for fluid bilayer membranes An energyapproach is used to obtain the governing equations of an enclosed lipid bilayer membrane The governing equationsrepresenting the dynamics of the bilayer are discretized by B spline basis function and then solved numerically toobtain the shape of the membrane as a function of time The stationary shape of the vesicles for different values ofreduced volume and reduced area difference is obtained to explore the phase diagram and to verify the governingequations Next the density asymmetry in bilayers caused by the change in the density or the equilibrium density ofthe outer monolayer is studied This can be observed in the recruitment of proteins to the outer monolayer or pHgradients of the environment of a vesicle leading to the formation of buds tubules and pearls The effect of densitydifference and curvature on creation and growth of tubules are investigated Tethers and tubules are involved inmany cellular processes such as inter or intracellular transport and cell cell adhesion In the next step the procedureof tether extrusion of a bilayer membrane is studied The effect of surface tension and the pulling rate of the tetheron the dynamic behavior of the tether are investigated There is a critical pulling rate at which the membrane and thetether become unstable This pulling rate is dependent on the material parameters of the membrane such as bendingand stretching moduli At the end the effect of external source of mass on the outer monolayer in the tetherformation is investigated The external density added to the membrane has a great effect on the dynamic behavior ofthe tether Tether may undergo pearling during extension of the membrane It also affects the critical pulling rate Keywords Lipid bilayer membranes Mathematical modeling Finite element method Stationary shapes Density asymmetry Tether extrusion

حميدرضا ميردامادي، سعيد ضيائي راد

مهدي سلماني تهراني، علي رضا شهيدي، علي رضا شفيعي، كورش حسن پور