شماره مدرك
20558
شماره راهنما
2389 دكتري
پديد آورنده
محمدي، علي اصغر
عنوان
مدل سازي لايه ي دوگانه ي الكتريكي ليپوزوم هاي كروي و محاسبه ي گزينش پذيري، پتانسيل هاي غشا با استفاده از نظريه تابعي چگالي كلاسيكي در چارچوب دو مدل RPM و SRPM: حل تحليلي معاد له هاي پويسون براي غشاي انحنادار
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
فيزيك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
چهارده، 123ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
ليپوزوم هاي كروي , غشاي دولايه ي ليپيدي , ضخامت لايه ي دوگانه الكتريكي , پتانسيل الكتريكي متوسط , نظريه تابعي چگالي , ديواره هاي مقعر و محدب , ليپوزوم كاتيوني/آنيوني , RPM , SRPM , پتانسيل غشا , پتانسيل انتشار , پتاسيل زتا , گزينش پذيري
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/21
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
شيمي
دانشكده
شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/07/27
كد ايرانداك
23168303
چكيده فارسي
ساختار و رفتار لايهي دوگانه الكتريكي (EDL)، توزيع يوني، و پتانسيل الكتريكي متوسط (MEP) در ليپوزوم هاي كروي با غشاي دولايه فسفوليپيدي و بار سطحي مثبت و منفي، با استفاده از نظريهي تابعي چگالي كلاسيكي (CDFT) در چارچوب نظريهي مقادير بنيادين اصلاح شده (MFMT) در قالب دو مدل اوليه محدود (RPM) و مدل اوليه محدود حلال (SRPM) مطالعه شده است. در اين راستا همچنين معادلهي تحليلي براي MEP با حل معادله پويسون براي غشاهاي انحنادار براي نخستن بار به دست آمده است. اين معادله براي انواع غشاهاي كروي با بار مثبت و منفي و يا صفر و در محيط هاي مختلف الكتروليتي قابل كاربرد است. در نهايت، با استفاده از معادلهي رياضي MEP و استفاده از آن در معادلهي اويلر-لاگرانژ ساختار EDL علاوه بر رفتار MEP بهدست آمد. در اين مطالعه، تأثير اندازه حفره وزيكول، اندازه وزيكول، ضخامت غشاء، بار سطحي و غلظت الكتروليت بر ساختار، تركيب و پهناي EDLs در مجاورت ديوارههاي داخلي و بيروني غشاء مورد بررسي قرار گرفت. يافتهها نشان ميدهند كه در ديواره داخلي مقعر در مقايسه با سطح بيروني غشاء، لايهاي نازكتر و متراكمتر از يونها شكل ميگيرد. همانگونه كه انتظار ميرود، با افزايش غلظت و بار سطحي، پهناي لايه انتشار كاهش مييابد. همچنين، در صورتي كه بارهاي سطحي در دو سمت مقعر و محدب غشاء برابر باشند، قدر مطلق MEP در ديواره داخلي مقعر بيشتر از مقدار آن در ديواره محدب است. همانگونه كه پيشبيني ميشود، چگالي تماس يونهاي مخالف بار در ديواره داخلي مقعر حفره وزيكول همواره بيش از مقدار متناظر در ديواره محدب بوده و اين روند براي يونهاي همبار معكوس است. همچنين، با افزايش اندازه حفره، چگالي تماس يونهاي مخالف بار (همبار) در ديواره داخلي كاهش (افزايش) يافته، در حالي كه در ديواره خارجي افزايش (كاهش) مييابد. در نهايت، با افزايش بار سطحي، كاهش چگالي يونهاي همبار در ديوارههاي غشاء مشاهده شد. نتايج نشان مي دهند كه پتانسيل انتشار نيز با افزايش غلظت، ضخامت غشاء و اندازه حفره كاهش يافته، اما با افزايش بار سطحي افزايش مي يابد.
در ادامه، از نظريه مقادير بنيادين اصلاحشده (MFMT) براي مدلسازي ليپوزومهاي كاتيوني و آنيوني در قالب دو چارچوب RPM و SRPM استفاده شده است. ليپوزومها در مخلوطي از الكتروليتهاي متقارن و نامتقارن حاوي يونهاي ⁺A⁺، C² و ⁻B غوطهور شدهاند. در مدل SRPM، مولكولهاي حلال بهصورت گونههايي كروي سخت و خنثي در نظر گرفته شداند. اثر غلظت الكتروليت، بار سطحي ليپوزوم، اندازه حفره و ضخامت غشاء بر ساختار EDL، MEP، پتانسيل انتشار (ψ_DP) و پتانسيل زتا (ξ) در هر دو مدل RPM و SRPM بررسي گرديد. مقايسه اين دو مدل، نقش حجم مولكول هاي حلال را از نقش آن در كاهش برهمكنشهاي كولني كه ناشي از ثابت ديالكتريك است، تفكيك ميكند. در هر دو مدل، افزايش بار سطحي و غلظت بهطور كلي منجر به افزايش جذب يونهاي مخالف بار سطحي و ايجاد توزيع چگالي نوساني شده و باعث كاهش بيشتر MEP ميگردد كه در برخي موارد منجر به بروز پديده وارونگي بار (CI) ميشود. در تمام شرايط، ساختار EDL در ديواره داخلي حفره ليپوزوم متراكمتر و با ضخامت كمتر از ساختار تشكيل شده در ديواره بيروني محدب غشاء است. بهطور خاص، بررسي اندازه حفره ليپوزوم نشان داد كه كاهش اندازه حفره اثرات انحنا را تقويت كرده و منجر به جذب بيشتر يونها در ديواره مقعر غشاء نسبت به ديواره محدب آن ميشود. تمام اين اثرات در مدل SRPM تشديد ميشوند.
چكيده انگليسي
The structure and behavior of the electric double layer, EDL, ionic distribution, and mean electrostatic potential (MEP) in spherical liposomes with phospholipid bilayer membranes bearing positive and negative surface charges have been studied using classical density functional theory, CDFT, within a modified fundamental measure theory, MFMT, framework. This work employs two primary models: the restricted primitive model, RPM, and the solvent primitive model, SPRM, where solvent molecules are modeled as neutral hard spheres. An analytical equation for the MEP was derived by solving the Poisson equation for curved membranes with various surface charge states (positive, negative, or neutral), applicable to different electrolyte environments. Using this MEP expression combined with the Euler-Lagrange equation enabled determination of the EDL structure and MEP behavior. The study investigated the effects of vesicle size, membrane thickness, surface charge density, and electrolyte concentration on the structure, composition, and thickness of EDLs near the inner (concave) and outer (convex) membrane walls. Results show a thinner, denser ionic layer on the concave inner wall compared to the convex outer wall. As expected, increasing electrolyte concentration and surface charge density decreases the diffuse layer thickness. When the surface charges on concave and convex sides are equal, the absolute value of the MEP is greater on the concave inner wall. Counterion contact density is consistently higher on the inner concave wall than the outer convex wall, with the reverse trend observed for coions. Increasing vesicle size reduces counterion contact density on the inner wall while increasing it on the outer wall. Finally, increasing surface charge density decreases coion density on membrane walls. The diffuse potential decreases with increasing electrolyte concentration, membrane thickness, and vesicle size but increases with surface charge density.
Further, MFMT was used to model cationic and anionic liposomes immersed in mixtures of symmetric and asymmetric electrolytes containing ions A⁺, C²⁺, and B⁻. In the SPRM, solvent molecules are treated as neutral hard spheres. Effects of electrolyte concentration, liposome surface charge density, cavity size, and membrane thickness on EDL structure, MEP, diffuse potential, and zeta potential (ξ) were examined for both RPM and SPRM models. Comparison highlights the role of solvent molecular volume distinct from dielectric constant effects in reducing Coulombic interactions. IN both models, increasing surface charge and concentration generally enhances counterion adsorption near the surface, induces oscillatory ion density distributions, and lowers MEP, sometimes causing charge inversion (CI). Under all conditions, EDLs on the inner concave wall are denser and thinner than those on the outer convex wall. Specifically, smaller cavity sizes enhance curvature effects, increasing ion adsorption on the concave wall—an effect amplified in the SPRM due to the structured solvent layering.
استاد راهنما
عزت كشاورزي
استاد مشاور
محمد كمالوند , مهسا ابارقي
استاد داور
حسن حداد زاده , مجيد موسوي , كيامرث اسكندري