بررسی پخش تک ذره کلوئیدی در سه بُعد

در این پایان نامه پخش تک ذره? کلوئیدی در سه بُعد بررسی شده است. پدیده? پخش، یکی از مکانیزم های مهم نقل و انتقال در سلول های زیستی است. علاوه بر این، با مطالعه? حرکت پخشی ذرات می توان اطلاعات فیزیکی از خواص محیطی که ذره در آن حرکت می کند، مانند وشکسانی و دما به دست آورد. برای بررسی حرکت پخشی یک ذره کلوئیدی در ابتدا لازم است مسیر حرکت ذره در فضا و زمان مشخص شده و سپس با تحلیل این مسیر پخش ذره مورد مطالعه قرار گیرد. در این پایان نامه برای تعیین مسیر حرکت ذره دو روش ردیابی استاتیک و دینامیک ارائه کردیم. همچنین این روش ها را به ردیابی سه بُعدی نیز تعمیم دادیم. با استفاده از روش های پیشنهادی می توان مسیر حرکت ذره کلوئیدی که در میکروسکوپ نوری قابل مشاهده است را در سه بُعد برحسب زمان و در فضا تعیین کرد. برای تحلیل حرکت ذره کلوئیدی بسته نرم افزاری به زبان matlab نوشته و آن را koja نامیدیم. این برنامه قادر است داده های به دست آمده از ردیابی ذره کلو ئیدی را تحلیل کرده و با روش های آماری مختلفی از جمله متوسط گیری آنسامبلی، زمانی و ترکیب این دو، در حالت های همبسته و غیرهمبسته، ضرایب پخش ذره را در سه بُعد محاسبه کند. علاوه براین، برنامه کمیت های آماری دیگری همچون تابع همبستگی سرعت ها و تابع فراوانی جابجایی ها را نیز محاسبه می کند. در صورتی که ذره? مورد مطالعه، غیرکروی بوده و داده های چرخش نیز در دسترس باشد، برنامه قادر است ضرایب پخش انتقالی را در دستگاه جسم ذره و همچنین ضرایب پخش چرخشی ذره را نیز محاسبه کند. با استفاده از این برنامه، حرکت باکتریِ ای .کولای که تقریباً استوانه ای شکل است را بررسی کردیم. ضرایب پخش انتقالی و چرخشی این باکتری را در محیط آب برای دو حالت مرده و زنده و همچنین برای گونه های با دُم و بی دُم مطالعه کردیم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که حتی زمانی که دُم باکتری به صورت ژنتیکی غیرفعال شده است، نقش بسزایی در حرکت و پخش آن دارد. علاوه بر پدیده پخش معمولی، پدیده پخش در حضور میدان های خارجی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. زیرا در بسیاری از شرایط واقعی، سیستم تحت تا?ثیر نیروهای خارجی است. از جمله مهمترین این میدان ها، میدان گرانش، میدان الکتریکی و میدان گرادیان دما است. حرکت خالص ذرات کلوئیدی تحت اثر گرادیان دما به سمت ناحیه? گرم و یا سرد را اثر سُرِه و یا پخش گرمایی می نامند. سُرِه اولین کسی بود که حدود ??? سال پیش این پدیده را مشاهده کرد. از آنجایی که پارامترهای مختلف فیزیکی همچون وشکسانی، برهمکنش بین ذرات و محیط، جنس، اندازه، اینرسی، هدایت گرمایی و بار ذرات نقش مهمی در اندازه? نیروی اعمال شده دارند، بررسی این پدیده با چالش های بسیاری روبرو است. در این پایان نامه با ساخت سلول های گرادیان دمایی دقیق و سنسورهای حرارتی برای اندازه گیری گرادیان دما سعی شده است این پدیده بررسی شود. برای بررسی این پدیده ابتدا از دستگاه انبرک نوری که در مرکز تحصیلات تکمیلی در علوم پایه زنجان ساخته بودیم، استفاده کردیم. به دلیل محدودیت ها و مشکلاتی که در این رهیافت وجود داشت به سمت میکروسکوپ های نوری و استفاده از تجزیه و تحلیل تصویر رفتیم. نسل های مختلفی از سلول های گرادیان دمایی ساخته شد و آزمایش های زیادی انجام شد. یکی از مشکلاتی که بر سر راه بررسی این پدیده وجود دارد، تشکیل همرفت است. این قسمت از کار هنوز در حال انجام و بهبودسازی است.