طراحي سيستم بهينه در ساخت روباتهاي مولكولي پزشكي

چكيده :

هدف در اين پروژه كه فازهاي ابتدايي آن از زمستان 80 در ايران آغاز شده ، طراحي و شبيه سازي قابل اجراترين مدل در ساخت روباتهاي مولكولي براي اهداف پزشكي و دارو رساني در بدن انسان است و براي رسيدن به آن تمام مسائل قابل بررسي در زمينه هاي ساخت و كاربرد روبات را بررسي كرده و سعي بر آن است با توجه به كارهاي جهاني انجام شده و پتانسيلهاي موجود در كشور كم خطر و پر كاربردترين راه حل را پيشنهاد كنيم .براي كنترل خودمختار تيمهاي نانوروبات در يك محيط پيچيده نانوتكنولوژيكي خيس از شبكه هاي عصبي و واقعيت مجازي استفاده شذه و طرح سنسور ، موتور و پردازشگر برگرفته از دستاوردهاي بيوتكنولوژي در استفاده از ابزارهاي طبيعي مانند آنزيمها ، سوختهاي سلولي و DNA است .

1 ) لزوم طرح پروژه :هدف اصلي نانوتكنولوژي ساخت سيستمهاي بسيار ريز در توسعه ماشينهاي مولكولي بوده است و نانوروبات مي تواند همه چيز را به صورت مولکول به مولکول بسازد و حتي ساختار خود را تغيير داده يا توليد مثل کند .

1_1 )کاربرد نانوروباتها :

1-1-1 ) مونتاژ قطعات الکترونيکي و مکانيکي در ابعاد ريز

1-1-2 ) انجام کارهاي دقيق ميکروسکپي وقت گير و نيازمند دقت فراوان

1-1-3 ) کار در پايگاههاي تصفيه زباله هاي سمي

1-1-4 ) انجام عمليات پزشکي به عنوان پزشک داخل بدن و کنترل علائم حياتي و باليني

1-1-5 ) درمان بيماريها به عنوان داروي هوشمند

با توجه به اهميت استراتژيك نانوروباتها در تمام گستره هاي صنعت ، پزشكي و تحقيقات علمي و نقش آن در بهبود سطح زندگي بشر و افزايش درآمد ملي ورود به اين حوزه براي كشور ما اجتناب ناپذير است . خوشبختانه مواد اوليه و ابزار مورد نياز توليد اين روباتها نسبتا ارزان است و اين راه را براي توليد انبوه اين محصولات در داخل كشور و رقابت با بازارهاي رو به رشد جهاني محصولات نانوبيو باز مي كند .

2 )مقدمه :اين پروژه شامل طراحي وشبيه سازي اعمال تيمهاي بهم مرتبط و خودمختار روباتهاي همكار است كه يك سري بيو مولكول مشخص را در زمان مناسب به مدخلهاي از پيش تعريف شده اي انتقال مي دهند . با توجه به تاثيرات كوانتمي در ايجاد عدم قطعيت در شناسايي مكان الكترون و تغييراتي كه دما در رفتار فضايي مولكولها ايجاد مي كند ، اولين پله در ساخت سيستمهاي دقيق نانو ، ساخت پروسسورهاي پيچيده و محلهاي ذخيره اطلاعات real time در ابعاد نانواست .بقيه كارها بايد در زمينه ساخت بيوسنسورها و ابزارهاي nano-kinetic صورت بگيرد كه بسياري از مسائل كلاسيك آنها از قبيل اصطكاك ، حركتهاي دمايي و مكانيك كوانتومي شناخته و حل شده اند .

3 )طراحي اوليه : سه طرح اصلي در دستكاريهاي مولكولي در محيط مايع و گاز ابعاد نانو عبارتند از :

بازوهاي روباتي ، Stewart Platform ,Five_strut Crank Model .كه ما nanomanipulation در محيط مايع را با استفاده از سنسور و دريافت نقشه حركت انتخاب كرده ايم .

4 )استفاده از واقعيت مجازي : براي شبيه سازي نانوروباتهايي كه در محيط پيچيده با 6 جهت آزادي حركت مي كنند به گرافيك كامپيوتري قدرتمندي نياز داريم و قبل از هر چيز بايد كاملا محيط مساله را بشناسيم . نانوروباتها در دنيايي زندگي مي كنند كه اصطكاك ، چسبندگي و ويسكوزيته برترين نيروها و نيروهاي جاذبه كوچك يا بي اهميت هستند مانعهاي محيط در مكانهاي ناشناخته قرار دارند و موقعيتهاي رسانش دارو كاملا قابل آدرس دهي هستند . مسير حركت و موقعيتهاي هر مولكول به طور تصادفي توليد مي شود و سنسورهاي روبات با گزارش نيروي چسبندگي مشخص مي كنند كه شي مورد برخورد يك مانع است كه بايد از آن دور شد يا مولكولي است كه بايد حمل شود .

5 )شبيه سازي فيزيكي : در اينجا مي خواهيم نحوه برخورد روبات با مولكولهاي مختلف را شبيه سازي كنيم . يك روش ساده و سريع براي محاسبه نيروهاي تماسي ، شتاب ، اصطكاك ، سرعت نرمال و فرموله كردن ارتباط ميان نيروها توسط الگوريتم Baraff بيان مي شود اما در اين مساله از يك الگوريتم مكمل نيز براي رديابي collision در نقاط منفرد بهره مي جوييم. شروط دقيق را براي برخورد ديناميك به صورت يك بردار C از نيروي مغناطيسي بيان مي كنيم نتيجتا معادلات حركتي نيوتن _اويلر به صورت زير بيان مي شوند :

= بردار مشتق سرعت. = مشتق بردار فاصله برخورد نرمال . ها = نيروهاي خارجي شامل برخورد.

= بردارهايي كه از مركز جرم به نقاط اثر نيرو كشيده شده اند . I = تانسورسكون . m =جرم جسم

براي مشخص كردن اينكه در چه موقع ، در اثر يك برخورد اشيا حركت مي كنند دو نوع برخورد را وجود دارند:

شكل 1 : Molecular identification by collisions contact

5-1 ) tangential collision :( مماسي) مربوط است به اشتراك دو سطح در يك نقطه هندسي و توسط معادلات زير شرح داده شده :

فرض مي كنيم كه سطح بيضوي يك بيان پارامتريك به صورت زير دارد :

به طور مشابه براي دو سطح جبري مساله اشتراك مماسي به صورت زير فرموله مي شود :

	(08)
	(09)

5-2 ) Boundary Collision (مرزي) : دامنه سطح بيضوي را به صورت تعريف مي كنيم كه انحناهاي مرزي با جانشين كردن s يا t با 0 يا 1 بدست مي آيند . پس بايد معادله زير را حل كنيم دو شي بهم برخورد مي كنند اگرمعادلات 3 يا 10 براي سطوح پارامتري و معادله 6 براي سطوح جبري يك جواب در دامنه هاي خود داشته باشند .

6) تيمهاي مولتي روبات همكار : مسئله ما عبارت است از هدايت روباتي كه بايد تجربه بياندوزد , با توجه به سوخت خود , فاصله مولكولها و ارزش آنها تصميم بگيرد ,محيط را بشناسدو با ساير روباتها همكاري كند شبكه هاي عصبي قدرت آموزش پذيري فوق العاده اي دارند , آلگوريتمهاي ژنتيكي در وضعيتهاي پيشبيني نشده , خوب عمل مي كنند و دقت آلگوريتم مورچگان در پيدا كردن بهترين مسير با 05/0 خطاي كمتر از آلگوريتمهاي ژنتيكي قابل توجه است . پس ظاهرا بهتر است براي تامين نيازهاي مختلف سيستم از همه آنها بهره بگيريم .پس قدم اصلي بعدي شناخت دقيق پتانسيلهاي هر يك از اين روشها براي روبات ما و استفاده از آنهاست .مساله مهم توجه به نياز همكار پذير بودن روباتهاست . شروط رقابتي جامعه حشرات به ما مي آموزد چطور سيستمهاي توزيع شده غير متمركز خودمختار بسازيم كه در تعامل با ساختارهاي مشابه تكامل پيدا مي كند Kube نشان داد كه شكستن مساله اصلي به زير مساله هاي مبتني بر دريافتي هاي سنسور مي تواند رفتارهاي بدون ارتباط صريح را در نانوروباتها ايجاد كند .قانون كلي رفتار تيم مولتي روباتها در جدول 1 شرح داده شده است

اين مدل شامل هيچ رفتار خود ترميمي در نانوبوتهانيست .

7 )حركت عصبي :

در اين مرحله براي پيدا كردن كوتاهترين مسير از شبكه هاي عصبي مجازي (ANN) استفاده مي كنيم .از پيش ثابت شده كه مساله كلاسيك پيدا كردن كوتاهترين مسير در فضاي سه بعدي با مانعهاي چند ضلعي از نوع NP-Hard است .

مدلي كه براي پياده سازي انتخاب شده شبكه عصبي پيچيده Belief (NSBN) است كه با استفاده از يك استراتژي رو به عقب در عمليات محاسباتي صرفه جويي مي كند .اين قابليت در معادله زير ديده مي شود:

X = بردار شامل متغيرهاي دو ارزشي تصادفي

X1, X2,…, Xn = يك توپولوژي مركب از n نورون اتفاقي و n = دامنه لايه پنهان كه شبكه را به سوي بهينگي سوق مي دهد . اين بخشها در شبكه به يك ماتريس دوبعدي A mn با n سطر و m ستون تبديل مي شود كه n و m ماتريس هزينه هاي رسيدن هر agent به مقصد است و خروجي عنصر سطر i و ستون j برابر v ij = 1 است هر گاه : i j .

نتيجتا هزينه رسيدن به جواب براي هر agent در معادله 22 بيان مي شود :

شكل 2 : مسير كامل حركت نانوبوت

8 ) پياده سازي فيزيكي – نيازها و پاسخها :

8-1 ) مغزهدايتگر روبات مولكولي :با توجه به اندازه بسيار كوچك روباتها و نياز به محاسبات دقيق در محيطهاي پيچيده ، به يك پردازشگر نانومتري نياز داريم كه از لحاظ زمان ، سوخت و مواد اوليه ارزان باشد .كامپيوترهاي DNA براي اين كار بهترين انتخاب هستند چون خود DNA به عنوان سوخت ، ورودي و خروجي عمل محاسبه مورد استفاده قرار مي گيرد و در مقايسه با سوختهايي مانند ATP گرماي مازاد كمتري ايجاد مي كند . اين وسيله محاسباتي قابل برنامه ريزي تنها با استفاده از سه نوع مولكول كار مي كند:

• يك مولكول DNA ورودي كه كدگذاري داده ها و فراهم كردن سوخت براي محاسبه را انجام مي دهد

• نرم افزارهاي مولكولي DNA كه رمز گذاري قواعد محاسبه را بر عهده دارد.

يك مولكول سخت افزار كه شامل يك آنزيم برنده DNA است .

8-2 )چطور روبات را بدون برانگيختن پاسخ ايمني بدن به بدن واردکنيم؟

براي حل اين مساله من روشي را پيشنهاد مي کنم که خود سلولهاي سرطاني از آن استفاده مي کنند و در اوايل ماه مي سال 2004 کشف شده است .نوعي مولکول در سطح خارجي بسياري از سلولهاي سرطاني و در ساقه سلولهاي جنين انسان يافت مي شود و وظيفه اش جلوگيري از واکنش سيستم ايمني بدن مادر در برابر سلولهاي جنين و نيز مخفي ماندن سلولهاي سرطاني از ديد گلوبولهاي سفيد در بدن بيماران است.

اين کشف حاوي چند ره آورد ارزشمند است :

1 ) نصب اين مولکول بر روي بدن نانوروبات باعث فريب سيستم ايمني شده , از واکنش نسبت به آن جلوگيري مي کند .

2 ) با توجه به اينکه اين مولکول در سلولهاي بالغ و سالم وجود ندارد مي توان از بررسي حضور آن براي کشف محل تکثير سرطان استفاده کرد.

3 ) محققان در تلاشند نوعي پادتن خاص را توليد کنند که خود را به اين مولکول که بر سطح سلولهاي سرطاني حرکت مي کند بچسباند و دارويي را که همراه دارد به درون سلول سرطاني تزريق کند .

4 ) ساخت واکسنهايي براي هوشيار کردن سيستم ايمني در برابر خطر هجوم سرطان با توجه با نحوه عمل اين مولکول

8-3 ) چگونه روبات را در بدن حرکت بدهيم ؟

روبات بايد داراي موتوري باشد که به او توانايي حرکت در خلاف جريان خون , ثابت ماندن در محل عمليات ,حرکت در محل حفره ها و تغيير مسير حرکت را بدهد. ساختارهاي زير به عنوان محرک روبات قابل بررسي اند :

8-3-1 ) Propeller : به دليل امکان ايجاد برخوردهاي کنترل نشده اين موتور را رد مي کنيم.

8-3-2 ) تاژک با سوخت ATP : به دليل شباهت به سيستمهاي طبيعي مناسبتر از مدلهاي الکترومغناطيسي است چون در مقياس مولکولي نيروهاي ناخواسته ايجاد نمي کند.

8-3-3 ) موتور اولتراسونيك با سوخت ATP : در اين موتور موج اولتراسونيك باعث چرخش روتور مي شود و مزيت آن چگالي انرژي بالا ( 5 تا 10 برابر موتورهاي الكترومغناطيسي )و قابليت بالا بردن دامنه نوسانات بلورپيزوالكتريك توسط پديده تشديد براي افزايش انرژي است . در اين موتورها بر خلاف موتورهاي الكترمغناطيسي , بين روتور و استاتور تماس مكانيكي وجود دارد و مولفه هاي مماسي نيرو باعث دوران چرخ مي شوند .

در مجموعه پيشنهادي , براي سوخت دو انتخاب داشتيم :

1 )استفاده از ATP آماده

2 )استفاده از گلوكز براي ساخت ATP بيشتر و دوام فرايند سوخت

به دليل خطرناك بودن بعضي محصولات واكنش گلوكز , فعلا فرض مي كنيم روبات به اندازه كافي با خود ATP حمل مي كند . در محيط آبي واكنشي به شكل زير خواهيم داشت :

	ATP_ase
ATP + H 2 O		ADP + H 3 PO 4 + 8000 cal

و واكنش معكوس آن در حضور نور و كلروفيل به صورت زير است :

ADP + H 3 PO 4 ATP + H 2 O

8-3-4 ) پمپ الکترومغناطيسي: اين وسيله با استفاده از جريان مايع در جلو و عقب پمپ حرکت مي کند . اما افزايش طول احتمالي رشته هاي مغناطيسي ممکن است مشکل ساز باشد

8-3-5 ) پمپ Jet : استفاده از يک پمپ با اجزاي متحرک براي حرکت در پلاسما

8-3-6 ) نيرو محرکه غشايي : استفاده از فشاري که مايع برابعاد روبات وارد مي کند

8-3-7 ) حرکت در راستاي سطح : حرکت بر ديواره رگها با استفاده از گيره هايي که بدون تخريب بافت به آن مي چسبند و به راحتي آزاد مي شوند.

8-3-8 ) موتورهاي DNA و VPL : با توجه به اهميت و قدرت اين موتورها آنها را براي اين پروژه انتخاب کرده, يک بخش کامل از مقاله را به شرح آنها اختصاص خواهيم داد .

8 - 4 )چگونه محل مقصد روبات را پيدا کنيم ؟

براي پيدا کردن بافت بيمار دو نوع سنسور مي خواهيم: 1 - سنسور برد بلند براي پيدا کردن محل تقريبي بافت بيمار

2 -سنسور برد کوتاه براي ايجاد تمايز ميان بافت سالم وبيمار

8-4-1 )سنسور بيروني : هدف: پيدا کردن محل عمل

8-4-1-1 )اولتراسونيک : براي هر دو حالت Active,Pasive

در اين روش يک سيگنال اولتراسونيک به بدن تابانده ميشود و حاصل بازتابش را پردازش مي کنند .در حالت پسيو خود روبات يک سيگنال با الگوي خاص ارسال کرده و با پردازش موج برگشتي اطلاعات جزئي مکاني را بدست مي آورد .اگر از سيگنال گسسته استفاده کنيم توان مصرفي کمتر است اما دقت مکانيابي کم مي شود . اين سيگنال توسط بلور پيزو الکتريک توليد شده و داراي دقت و قدرت مطلوب است.

: NMR/ MRI 8-4-1-2 )

استفاده از فيلدهاي مغناطيسي قوي و آناليز نحوه واکنش اتمهاي بدن به اين اشعه اين روش کند است و براي کسب جواب دقيق به ساعتها وقت نياز دارد .در يک روش مشابه که در برلين مورد آزمايش قرار گرفته نانوذرات مغناطيسي به بافت تومور تزريق شده و يک ميدان مغناطيسي باعث ايجاد ارتعاش و بالا رفتن دما در تومورشده , دارو دفيوز مي شود و اشکال آن سخت بودن تمرکز بر نانو مغناطيس در ابعاد بزرگ بدن انسان است .

8-4-1-3) رنگ آمبزي رادبواکتبو : يک جريان راديواکتيو را وارد جريان خون کرده و با فلوروسکوپ دنبال مي کنيم .

8-4-1-4 ) استفاده از مواد راديواکتيو در داخل بدن روبات : اين روش مزاياي زير را دارد : دقت بالا , تشعشع پيوسته , صرفه جويي در انرژي چون براي نشان دادن محل روبات انرژي مصرف نمي شود , خطر ندارد و با مادون قرمز ديده مي شود .

8-4-1-5 ) اشعه X : براي مطالعه بافتهاي نرم کاربرد ندارد , دير جواب ميدهد و مضر است .

بهترين حسگر برد بلند: 1 ) مواد راديواکتيو در داخل روبات و گيرنده مادون قرمز 2 ) پيزوالکتريک

8-4-2 )حسگرهاي برد کوتاه :

8-4-2-1 )حسگرهاي شبمبابي : داراي حساسيت زباد , ميتواند غلظت بسيار پايين ماده را اندازه بگيرد پس براي تشخيص محل تومورها مي توان روي روبات دو تا حسگر گذاشت که اگر غلظتي که حسگر جلويي اندازه مي گيرد کمتر بود , تغببر مسبر دهد اما به دليل طول کوتاه خود روبات , ابن اختلاف غلظت به سادگي قابل اندازه گبري نبست .مساله اي که اينجا مطرح مي شود , اين است که اگر تعداد مواد شيميايي اندازه گيري شونده زياد باشد , حجم روبات خيلي بزرگ مي شود . براي جلوگيري از اين مشکل , بايد از چندين روبات همکار استفاده کرد که هر يک به ماده خاصي حساس اند.

8-4-2-2 )اسپستروکپ : با استفاده از ليزر بخشي از بافت سلول را بخار کنيم و با استفاده از آناليز خواص شيميايي اش دنبال بافت بگرديم . با توجه به خطرناک بودن قوس الکتريکي ر جاهايي مانند مغز , بهتر است از خازنهاي نانوتيوبي استفاده کنيم که نسبت انرژي به جرمشان بالاست و از ليزر مربوطه براي نابود کردن خود بافت بيمار هم استفاده کنيم .

8-4-2-3 )دوربينهاي تلويزيوني : مي توان روشنايي لازم براي کار با اين دوربينها را با يک ديود ليزري تامين کنيم .

8-4-3 )روشهاي معالجه : نابود کردن کامل بافت بيمار

8-4-3-1 )در مورد چربيهاي ديواره رگها , مي توان توده ها را طوري خرد کرد که توسط مکانيسم طبيعي بدن قابل دفع باشند .

8-4-3-2 )با استفاده از ليزر و تبخير سلول را نابود کنيم , که اين در مورد تومورها چون داراي بافت ناشناخته اند خطرناک است و ممکن است بافتهاي سالم را بيمار کند پس بايد ابتدا به کمک مواد شيميايي درون تومور را نابود کنيم يا توسط تابش امواج مغناطيسي پيوند شميايي سلولهاي تومور را هدف قرار دهيم .

8-4-3-3 )معالجه شيميايي : مخزن مواد شيميايي را با خود به بافت بيمار منتقل کنيم و توسط سمهاي بسيار قوي مانند تتروداکسين آن را از بين ببريم .

8-4-3-4 )استفاده از حرارت و امواج ماکروويو : مشکل: گرم کردن کنترل نشده بافتهاي بدن خطرناک است و اگر ماکروويو داخل خود روبات باشد , بسيار پيچيده مي شود .

8-4-3-5 )اولتراسونيک : چون حرارت بالايي ايجاد نمي کند براي درمان لخته هاي خوني کاربرد ندارد

8-4-3-6 )استفاده از حرارت اهمي : دو تا الکترود روي يک سلول قرار دهد و با ايجاد جريان آن را بپزد که اين براي چربيها و لخته هاي خوني مناسب نيست .بهترين روش : استفاده از ليزر براي تبخير بافت بيمار .

روشهاي ديگر معالجه :

با استفاده از تحريکات ديواره سلول حساسيت آن را به دارو افزايش دهيم و با ايجاد شکاف در داخل سلول راه عبور دارو را مهيا کنيم .

8-4-4 )منبع تغذيه نانوروبات :

8-4-4-1 ) منبع را با خودش ببرد:

1 ) پيل شميايي با نسبت انرژي به جرم پايين 2 ) خازنهاي فشار قوي براي تامين ليزر

3 ) پيلهاي الکتروشيميايي : روبات با خودش دو تا الکترود ببرد که در الکتروليت خون انرژي توليد کنند . مشکل : اگر الکترود ها در خون پوشانده شوند, توليد انرژي متوقف مي شود .

4 ) استفاده از انرژي هسته اي : اگر انرژي هسته اي شيلد شود براي مکان يابي هم با مادون قرمز کار ساده تر مي شود .

8-4-4-2 )انرژي از بيرون تابانده شود

1 ) ماکروويو : مشکل : جذب انرژي توسط ساير بافتهاي بدن

2 ) اولتراسونيک : بلور پيزوالکتريک مي تواند داخل خود روبات باشد و با موجي که از بيرون فرستاده مي شود ارتعاش کند .

3 ) القاي الکترومغناطيسي : يک حلقه چرخان داخل روبات بگذاريم که جريان الکترومغناطيسي ايجاد مي کند و براي پختن سلول بيمار جريان داخل حلقه را به يک مقاومت بفرستيم .

4 ) پمپهاي يونيد به عنوان مبدل انرژي داخل بدن : استفاده از پمپهاي سديم و پتاسيم که درست برخلاف جهت حرکت روبات جريان مايع وارد آنها مي شود و از روي مقدار وارد شده انرژي تامين مي شود .

9 )موتورهاي مولكولي :

قدرت و كارايي بالاي موتورهاي اولتراسونيك باعث شد در فازهاي آغازين پروژه آنها را براي نانوبوتها انتخاب كنم و بعدها شرايط فيزيكي مساله پروژه را به سوي استفاده از سوختهاي طبيعي و موتورهاي طبيعي تر سوق داد.بنده براي بكارگيري سوخت ATP در يك موتور اولتراسونيك Traveling Wave خطي و متمركز كردن عمل موتور و سنسور بدون نياز به توليد جريان متناوب استفاده از نوعي كلروفيل را پيشنهاد كردم كه شرح جزئيات ساختار اين موتور جديد در نتايج تحقيق موجود است .

در مقايسه با پروتئينها ، DNA كوچك و ساده است و ساختار و عملكردش به سادگي درك مي شود .به همين دليل براي ادامه كار موتورهاي VPL را انتخاب كرده ايم.

9-1 )ساختار موتورهاي VPL و انواعش :
در اين موتورها بر ويژگيهاي مكانيكي پروتئينهاي ويروسي براي تغيير نحوه عملكرد بر اساس تغييرات سطح PH محيط متمركز مي شويم. ما پپتيدهاي حياتي زير را براي كار انتخاب كرده ايم :

1) The Influenza virus protein Hemagglutinin (HA) peptide HA2;

2) The Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV 1) peptide gp41;

3) The Human Respiratory Syncytial Virus (HRSV) protein subunit F1;

4) The Simian Immunodeficiency Virus (SIV) protein gp41;

5) The Human T cell Leukemia virus type 1, protein gp21;

6) The Simian Parainfluenza Virus peptide unit SV5;

7) The Ebola virus protein gp2.

پوشش گليكوپروتئين در اين ويروسها مي تواند به دو بخش تقسيم شود كه نتيجه تقسيم proteolytic يك پيش ماده پروتئيني مشترك هستند ولي اعمال متفاوتي را انجام مي دهند . مثلا در مورد HIV1 پيش ماده گليكوپروتئين gp160 است كه از لحاظ proteolytically به دو گروه gp120, gp41 تقسيم مي شود. gp120 زيرمجموعه غشاي انتقالي (TM) است و gp41 به عنوان تركيب غشايي بين پوسته سلولي و ويروس قرار مي گيرد . gp41 و بخشهاي TM مشابه در ساير ويروسهاي ليست بالا وقتي كه ويروس در حالت فعال يا fusogenic است يك ساختار alpha_helical بدست مي آورند .اين ساختار مانند گيره مو است كه از فنر تشكيل شده و داراي يك ترمينال C (Carboxy_end) است و بقيه n ترمينال (Amino_end) هستند و نسبت به تغيير شرايط اسيدي ساختار فنريشان دچار دگرگوني مي شود و پاياني هاي n از كناره داخلي بيرون مي آيند و پپتيد يك موقعيت مرتب شده يا حالت fusogenic بدست مي آورد .

شكل 3 :

الف: 3 فيبر titin مي توانند به عنوان اجزاي فنري پسيو براي اتصال دو platform و تشكيل يك درجه از آزادي در platform هاي موازي استفاده شود كه توسط محرك VPL به كار انداخته مي شود .

ب : يك محرك VPL به بيرون كش آمده و اين باعث حركت خطي platform مي شود .

9-2 )جنبشي شناسي مولكولي :

براي بررسيهاي جنبشي شناسي فرض مي كنيم دنباله هاي اسيد امينه براي ساختن يك manipulator به صورت سري بهم متصل شده اند .اسكلت اوليه اين زنجيره از تكرار سري ) – N-C?-C -) تشكيل شده است . شكل 4 : زواياي چرخشي آزادي در يك زنجيره residue . اسكلت اصلي با خطوط ارغواني مشخص شده ، زنجيره هاي كناري با R و residue هاي مجاور با خطوط سايه دار مشخص شده اند .

9-2-1 ) Kinematics مستقيم :

مساله direct Kinematics ساختار نهايي موتورهاي VPL را با توجه به ساختار اوليه ، پارامترهاي ثابت زنجيره و مجموعه مشخص از زواياي پيچشي مشخص مي كند .

9-2-2 ) Kinematics معكوس :

در اين بخش زواياي پيچشي موتور با استفاده از ساختار اوليه و نهايي داده شده و تمام پارامترهاي ثابت زنجيره محاسبه مي شود .براي اين كار از يك نسخه روش CCD استفاده مي شود كه مخصوص قابليتهاي جنبشي شناسي معكوس در روباتيك است . براي زنجيره هاي پروتئيني بايد زواياي پيچشي براي حركت ترمينال C به مكان مورد نظر ، تنظيم شود . روش CCD شامل تنظيم كردن يك زاويه پيچشي در هر لحظه براي حداقل كردن مجموع مربعات فاصله هاي بين موقعيت جاري و مطلوب end_effector هاست .

تحليلهاي رياضي و مدلهاي فضايي زنجيره هاي پروتئيني براي محاسبه دقيق ويژگيهاي قابل پياده سازي موتورهاي VPL در حال تكميل مي باشد .

10 )نتيجه گيري :

پيشرفتهاي جهاني در زمينه نانوپزشكي و توليد نانوسيستمها چنان سريع است كه يك لحظه عقب ماندن از اين روند ما را براي مدتهاي طولاني از صحنه رقابت حذف خواهد كرد . در طول پروژه حاضر با توجه به تجربيات ديگر كشورها چندين بار مجبور شديم استراتژي حل مساله را تغيير دهيم . در حال حاضر چون در داخل كشور گروههايي وجود ندارند كه به طور منسجم بر روي اين موضوع سرمايه گذاري كنند متاسفانه كارهاي انجام شده تنها جنبه شبيه سازي و محاسبات تئوريكي دارند. محورهاي فعلي پروژه را استفاده از موتورهاي VPL ، شناخت كاربردهاي نانوروبات به عنوان ناقل ژن درماني ، تقليد از تخصص يافتگي WBC ها در سيستم ايمني بدن ، بررسي پتانسيلهاي روباتهاي فراكتالي در ابعاد نانو و شبيه سازي دقيقتر شبكه نانوروباتهاي همكار تشكيل مي دهند كه دستاوردهاي اين حوزه ها در حال تكميل و تدوين است .

اميدواريم كه با توجه به ارزش صنعتي و اقتصادي محصولات نانوبيو و نقش مهمي كه در نجات جان انسانها ايفا مي كنند ، دانشمندان و سازمانهاي تحقيقاتي ايراني نيز در اين وادي با ما همراه شوند تا با كارهاي تيمي هم راستا هر چه سريعتر در صحنه هاي رقابت جهاني نانوروباتيك قادر به ارائه محصولاتي نو و كارا باشيم .

منبع : سايت نانو