1-4- ساختار اتمی………………………………………………………………………………………………………….14

1-5- خواص گرافن………………………………………………………………………………………………………..15

1-5-1- خواص الکترونی………………………………………………………………………………………………..15

1-5-2- ترابرد الکترونی…………………………………………………………………………………………………..17

1-5-3- خواص اپتیکی……………………………………………………………………………………………………17

1-5-4- رسانایی الکتریکی……………………………………………………………………………………………….18

1-5-5- رسانایی گرمایی………………………………………………………………………………………………….18

1-5-6- چگالی………………………………………………………………………………………………………………18

1-5-7- شفافیت نوری…………………………………………………………………………………………………….18

1-5-8- مقاومت مکانیکی………………………………………………………………………………………………..19

1-6- کاربردهای گرافن………………………………………………………………………………………………….19

1-6-1- ساخت ترانزیستورهای بسیار کوچک و بسیار سریع با استفاده از گرافن…………………..19

1-6-2- ذخیره بسیار متراکم داده ها………………………………………………………………………………..20

1-6-3- ذخیره انرژی……………………………………………………………………………………………………20

1-6-4- تجهیزات نوری ،سلول های خورشیدی و نمایشگرهای لمسی انعطاف پذیر…………….21

1-7- روشهای تولید گرافن…………………………………………………………………………………………..21

1-7-1- لایه لایه کردن میکرومکانیکی گرافیت……………………………………………………………….22

1-7-2- تولید گرافن از اکسید گرافیت………………………………………………………………………….22

1-7-3- تولید گرافن از مشتقات دیگر گرافیت………………………………………………………………24

1-7-4- تولید ورقه های گرافن به روش سنتز الکتروشیمیایی………………………………………….24

1-8- دگر شکل های کربن (آلوتروپ ها)…………………………………………………………………….26

1-8-1- الماس…………………………………………………………………………………………………………26

1-8-2- گرافیت……………………………………………………………………………………………………….26

1-8-3- فولرن………………………………………………………………………………………………………….27

1-8-3-1- فولرن باکمینستر……………………………………………………………………………………….28

1-8-3-2- نانو لوله های کربنی………………………………………………………………………………….28

1-8-4- الیاف کربن………………………………………………………………………………………………….29

 

 

 

فصل دوم: پروتئین و مولکول آب

2-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………31

2-2- ساختار پروتئین…………………………………………………………………………………………………32

2-2-1- ساختار اول………………………………………………………………………………………………….32

2-2-2- ساختار دوم………………………………………………………………………………………………….32

2-2-2-1- مارپیچ آلفا……………………………………………………………………………………………….32

2-2-2-2- صفحه های بتا…………………………………………………………………………………………33

2-2-3- ساختار سوم………………………………………………………………………………………………..33

2-2-4- ساختار چهارم……………………………………………………………………………………………..33

2-3- اسیدآمینه………………………………………………………………………………………………………..34

2-4- ساختار اسیدهای آمینه……………………………………………………………………………………..35

2-5- ایزومری در اسیدهای آمینه……………………………………………………………………………..36

2-5-1- ساختار و نماد تعدادی اسیدآمینه…………………………………………………………………..36

2-6- مولکول آب………………………………………………………………………………………………….46

2-6-1- مدلهای آب……………………………………………………………………………………………….46

فصل سوم: دینامیک مولکولی

3-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………51

3-2- معادلات حرکت………………………………………………………………………………………………….53

3-3- دینامیک نیوتنی………………………………………………………………………………………………….54

3-4- شرایط مرزی تناوبی…………………………………………………………………………………………..56

3-4-1- اثرات سطحی……………………………………………………………………………………………….56

3-4-2- از بین بردن اثرات سطحی……………………………………………………………………………..57

3-5- نیروهای کوتاه برد……………………………………………………………………………………………..59

3-6- محاسبه نیروهای بلند برد……………………………………………………………………………………60

3-7- سازماندهی شبیه سازی………………………………………………………………………………………60

3-7-1- شرایط حالت………………………………………………………………………………………………..60

3-8- شرایط مرزی……………………………………………………………………………………………………61

این مطلب را هم بخوانید :

3-9- سازماندهی شبیه سازی……………………………………………………………………………………..61

3-9-1- مرحله آغازین………………………………………………………………………………………………61

3-9-2- مقدمات………………………………………………………………………………………………………61

3-9-3- شرایط اولیه برای اتمها………………………………………………………………………………….62

3-10- تعادل……………………………………………………………………………………………………………62

3-11- تولید…………………………………………………………………………………………………………….64

3-12- ارزیابی قابل اطمینان بودن نتایج……………………………………………………………………….64

3-12-1- تعادل………………………………………………………………………………………………………..64

3-12-2- بررسی قوانین بقا……………………………………………………………………………………….64

3-12-3- بررسی مقادیر خواص مختلف…………………………………………………………………….65

فصل چهارم: معرفی پتانسیل ها و نرم افزارهای بکار رفته

4-1- پتانسیل ترسوف…………………………………………………………………………………………….67

4-2- پتانسیل لنارد-جونز……………………………………………………………………………………….68

4-3- میدان نیروی چارم…………………………………………………………………………………………70

4-4- ویژگیها و قابلیتهای برنامه لمپس…………………………………………………………………….71

4-5- نرم افزار پکمول……………………………………………………………………………………………72

فصل پنجم: شبیه سازی و نتایج

5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………….75

5-2- شروع شبیه سازی…………………………………………………………………………………………75

5-3- نتایج شبیه سازی…………………………………………………………………………………………..78

5-3-1- نوسانات دما بر حسب زمان شبیه سازی………………………………………………………79

5-3-2- نوسانات فشار حول مقدار متوسط یک اتمسفر…………………………………………….81

5-3-3- نوسانات چگالی سیستم در طول زمان شبیه سازی………………………………………..82

5-3-4- تغییرات شعاع ژیراسیون پروتئین………………………………………………………………..83

5-3-5- بررسی انرژی واندروالسی……………………………………………………………………………..86

5-3-6- فاصله پروتئین و گرافن بر حسب زمان…………………………………………………………..88

5-3-7- تغییرات فاصله اسیدآمینه ها و گرافن بر حسب زمان………………………………………..89

5-3-8- بررسی حرکت پروتئین بر روی سطح گرافن…………………………………………………..91

5-4- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….92

فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………..94

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………….97

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                     صفحه

شکل (1-1): ساختار شبکه شش ضلعی گرافن………………………………………………………………..8

شکل(1-2): ترکیبات بین لایه ای گرافیت……………………………………………………………………….10

شکل(1-3-الف): سوسپانسیون ساخته شده به وسیله برودی………………………………………………12

شکل (1-3-ب): تصویری از تکه ی خیلی نازک از گرافیت اکسید کاهش یافته در سال 1962..12

شکل(1-4-الف): نانو مداد………………………………………………………………………………………………14

شکل(1-4-ب): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از گرافن ضخیم……………………………….14

شکل (1-5-الف): یک کلوخه از گرافیت………………………………………………………………………….14

شکل(1-5-ب): چسب…………………………………………………………………………………………………..14

شکل (1-6): انرژی الکترون ها با عدد موج kدر گرافن،محاسبه شده به وسیله

تقریب تنگ بست………………………………………………………………………………………………………..15

شکل( 1-7): ساختار نواری انرژی گرافن در جهت گیری زیک زاکی………………………………….16

شکل (1-8): ساختار نواری انرژی گرافن در جهت گیری صندلی دسته دار………………………….16

شکل (1-9): اولین تصویر میکروسکوپی منتشر شده از گرافن……………………………………………19

شکل(1-10): طول پیوند کربن-کربن در گرافن……………………………………………………………….19

شکل(1-11): شمای کلی از فرآیندHummers  ………………………………………………………………22

شکل( 1-12): امواج ماورای صوت……………………………………………………………………………… 23

شکل(1-13): نمایی کلی از مراحل تولید گرافن از گرافیت………………………………………………..23

شکل(1-14): تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از صفحات انباشته شده و کاهش یافته

اکسیدگرافیت…………………………………………………………………………………………………………….26

شکل(1-15): سلول الکتروشیمیایی…………………………………………………………………………………25

شکل( 1-16): نمونه ای از الگوی آزمایشگاهی سلول الکتروشیمیایی برای تولید گرافن………..25

شکل(1-17): ساختار مکعبی الماس……………………………………………………………………………….26

شکل (1-18): کانی گرافیت………………………………………………………………………………………….27

شکل(1-19): توپ باکی ،فولرن…………………………………………………………………………………….28

شکل(1-20): تصویر سه بعدی از یک لوله کربنی…………………………………………………………….29

شکل(1-21): پارچه ساخته شده از الیاف کربن………………………………………………………………..29

شکل(2-1): نمایشی سه بعدی از ساختار میوگلوبین…………………………………………………….31

شکل(2-2): ساختار دوم قسمتی از یک پروتئین……………………………………………………………33

شکل(2-3): ساختارعمومی آلفا آمینواسید با گروه آمینو در چپ و گروه کربوکسیل در راست………………………………………………………………………………………………………………………..35

شکل(2-4): آلانین……………………………………………………………………………………………………….36

شکل(2-5): آرژنین………………………………………………………………………………………………………37

شکل(2-6): آسپاراژین…………………………………………………………………………………………………37

شکل(2-7): اسید آسپارتیک…………………………………………………………………………………………38

شکل(2-8): سیستئین……………………………………………………………………………………………………..38

شکل(2-9): اسیدگلوتامیک……………………………………………………………………………………………..39

شکل(2-10): گلوتامین…………………………………………………………………………………………………..39

شکل(2-11): گلیسین……………………………………………………………………………………………………..39

شکل(2-12): هیستیدین………………………………………………………………………………………………….40

شکل(2-13): ایزولوسین…………………………………………………………………………………………………41

شکل(2-14): لوسین………………………………………………………………………………………………………41

شکل(2-15): لیزین………………………………………………………………………………………………………..41

شکل(2-16): متیونین……………………………………………………………………………………………………..42

شکل(2-17): فنیل آلانین………………………………………………………………………………………………..42

شکل(2-18): پرولین………………………………………………………………………………………………………42

شکل(2-19): ترئونین……………………………………………………………………………………………………..43

شکل(2-20): تریپتوفان……………………………………………………………………………………………………44

شکل(2-21): تیروزین……………………………………………………………………………………………………..44

شکل(2-22): والین…………………………………………………………………………………………………………45

شکل(2-23): سلنوسیستئین……………………………………………………………………………………………..45

شکل(2-24): پیرولیزین…………………………………………………………………………………………………..45

شکل(2-25): مولکول آب………………………………………………………………………………………………46

شکل(2-26): مدلهای آب……………………………………………………………………………………………….48

شکل(2-27): مدل  SPCانعطاف پذیر……………………………………………………………………………….49

شکل(3-1): شرایط مرزی تناوبی………………………………………………………………………………………58

شکل(3-2): تقریب قطع کروی برای محاسبه ی نیروهای کوتاه برد در دو بعد……………………….59

شکل(3-3): محاسبه ی نیرو های بلند برد…………………………………………………………………………60

شکل(4-1): پتانسیل لنارد-جونز………………………………………………………………………………………70

شکل(5-1): سیستم شامل: آب، پروتئین و گرافن…………………………………………………………………76

شکل(5-2): اتم کربن حلقه فنیل……………………………………………………………………………………..77

شکل(5-3): حالت اولیه سیستم شبیه سازی بعد از تعادل گرمایی t=0………………………………….79

شکل(5-4): حالت نهایی سیستم شبیه سازی در t=2ns………………………………………………………79

 

 

 

 

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                      صفحه

جدول(2-1): پارامترهای مرتبط با مدلهای سه نقطه ای آب…………………………………………………48

جدول( 4-1): ضرایب پتانسیل ترسوف برای اتم کربن……………………………………………………….68

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                                                                        صفحه

نمودار(5-1): دما بر حسب زمان در محیط آبی…………………………………………………………………..80

نمودار(5-2): دما بر حسب زمان در محیط بدون آب…………………………………………………………..81

نمودار(5-3): فشار بر حسب زمان در محیط آبی…………………………………………………………………82

نمودار(5-4): چگالی بر حسب زمان در محیط آبی………………………………………………………………83

نمودار(5-5): تغییرات شعاع ژیراسیون بر حسب زمان در محیط آبی………………………………………85

نمودار(5-6): تغییرات شعاع زیراسیون در محیط بدون آب…………………………………………………….86

نمودار(5-7): کاهش ارتفاع بر حسب کاهش انرژی برهمکنشی واندروالسی…………………………….87

نمودار(5-8): تغییرات انرژی برهمکنشی واندروالسی بر حسب زمان……………………………………..88

نمودار(5-9): تغییرات فاصله پروتئین بر حسب زمان…………………………………………………………..89

نمودار(5-10): فاصله اسیدآمینه ها از سطح گرافن بر حسب زمان…………………………………………90

نمودار(5-11): مسیر حرکت پروتئین در فضای بالای گرافن در حضور آب……………………………91

نمودار(5-12): نمودار مربوط به این بررسی در محیط بدون آب می باشد……………………………..92

 

 

 

 

 

چکیده فارسی

در این پژوهش حرکت پروتئین در حضور گرافن به روش دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم شامل یک پروتئین و یک گرافن است که درون جعبه ای قرار گرفته اند. پتانسیل های مناسبی برای بر همکنش های بین مولکولی، از جمله پتانسیل ترسوف و میدان نیروی چارم استفاده شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که پروتئین می تواند در روی سطح گرافن مقید شود. در این پایان نامه به بررسی انرژی بر هم کنشی واندروالسی بین پروتئین و گرافن پرداختیم و نشان دادیم که انرژی واندروالسی با کاهش فاصله پروتئین از گرافن کاهش می یابد که این می تواند دلیلی بر مقید شدن پروتئین به گرافن باشد. شعاع ژیراسیون پروتئین، آبدوستی و آبگریزی اسیدهای آمینه پروتئین، مساحتی که پروتئین بیشترین زمان را روی سطح گرافن می گذارد، از کمیت های دیگری است که به آنها پرداخته شده است. یافته هایی که به دست می آیند در حوزه پزشکی و زیست مولکولی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.