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

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

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.

235674

فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان