سلول ها اصلی ترین واحد ساختمانی موجودات زنده هستند. ساختمان یک سلول به یک غشا محدود و مراقبت می شود. غشای زیستی ترکیب پیچیده ای از فسفولیپیدها، پروتئین ها و کلسترول می باشد. اگرچه خاصیت بیوشیمیایی یک غشای زیستی متفاوت از غشای فسفولیپیدی (تنها از مولکول های فسفولیپیدی ساخته شده است) می باشد، اما دارای ساختار یکسانی می باشند. مولکول های فسفولیپیدی از نوع مولکول های آمفی فیلی هستند که شامل یک قسمت سر و آبدوست و یک قسمت دم وآبگریز می باشند. وقتی مولکول های لیپیدی درون یک حلال قطبی قرار می گیرند در یک فرایند خود اجتماع به صورت دولایه لیپیدی قرار می گیرند. آبدانک ها غشاهای مصنوعی به شکل حباب هستند که با خم شدن و بسته شدن دولایه لیپیدی تشکیل می شوند. یکی از ساده ترین اشکال آبدانک های کروی تشکیل شده از دولایه لیپیدی لیپزم نام دارد. لیپزم ها کاربردهایی در زمینه پزشکی دارند که از جمله آنها می توان به انتفال دارو در بدن اشاره کرد. آبدانک غول پیکر تک دولایه (چند ده میکرومتر) مدل بسیار خوبی برای مطالعه خواص غشا می باشد. آبدانک ها را در محلول ساکارز تولید کرده و در محلول سوربیتل (? برابر) رقیق کردیم. آبدانک ها در محلول ته نشین شده و بر روی سطح قرار می گیرند. با استفاده از انبرک نوری یک ذره میکرونی را به سطح آبدانک بزرگی چسباندیم و آن را درحالتی که در تماس با سطح قرار داشت به حرکت درآوردیم، با استفاده از نیروی تله نوری نیروی اصطکاک را تعیین کردیم. اصطکاک نقش مهمی را در کاهش سرعت اجسام در حال حرکت و محدود کردن عملکرد ماشین آلات ماکروسکوپی ایفا می کند. در مقیاس میکروسکوپی، اصطکاک مقاومتی را در بین حرکت نسبی دو جسم در تماس هم ایجاد می کند. علاوه بر نیروی اصطکاک ناشی از سطح، نیروی مقاوم دیگری که ناشی از ویسکوزیته سیال بود به آبدانک اعمال می شد که مورد بررسی و اندازه گیری قرار گرفت.

در این پروژه از مولکول های فسفولیپیدی نوع popc غشای کروی و دولایه ی لیپیدی تولید شده است. غشاهای کروی ساخته شده، به اسم آبدانک شناخته شده اند. این آبدانک ها اندازه های مختلفی دارند, از آبدانک های کوچک که اندازه ای در مقیاس چند صد نانومتر دارند برای انتقال دارو استفاده می شود و آبدانک های بزرگ تر با اندازه هایی در مقیاس چند میکرون تا چند ده میکرون نماینده ی خوبی برای سلول و غشای سلولی هستند. در این پروژه سعی بر آن شده است که با استفاده از انبرک نوری، ذره ی پلی استایرن تله شده ای را در حالت های مختلف به سطح غشای آبدانک فشار داده و از این طریق دنباله هایی در حالت های مختلف از این آبدانک ها تولید شود. دنباله نانولوله ای از جنس غشای آبدانک (مولکول های فسفولیپیدی) می باشد که بین آبدانک و ذره ی تله شده شکل می گیرد. با استفاده از ایجاد دنباله در داخل آبدانک سعی بر آن شده که رفتار فرآیند بیگانه خواری مورد مطالعه قرار گیرد, همچنین ایجاد دنباله به سمت بیرون آبدانک توسط ذره ی موجود در داخل آبدانک می تواند بیانگر رفتار فرآیند برون رانی باشد. حالت های مختلفی از دنباله در این پروژه ایجاد شد و در نهایت مقایسه ای بین رفتار این دنباله ها و مقایسه ای بین نیروهای لازم برای ایجاد این دنباله ها انجام شده است.

انبرک نوری ابزاری توانمند برای تله اندازی و دستکاری ذرات در ابعاد میکرون و زیرمیکرون می باشد. در سالهای اخیر، آزمایشهایی در زمینه میکرودستکاری در هوا انجام شده است که اطلاعات با ارزشی را به همراه داشته است. تله اندازی قطره میکرونی آب به صورت کاملاً کروی جهت اندازه گیری نرخ تبخیر آن یکی از مواردی است که به دلیل کاربردی که در میکروشاره، شیمی جو، لیدار، داروهای تنفسی و سایر صنایع و بخشهای علوم دارد حائز اهمیت می باشد. در مطالعاتی که قبلاً در زمینه تبخیر آب صورت گرفته است، مواردی چون اثرات سطحی و نحوه قرارگیری قطره روی سطح به دلیل تاثیر بالایی که بر روند تبخیر داشته است، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. در تله اندازی نوری به وسیله انبرک نوری اثرات سطحی حذف شده و قطره به صورت کروی در تله نوری قرار گرفته و نرخ تبخیر آن اندازه گیری شده است. برای بررسی هنگامی که قطره به صورت تعلیق در هوا قرار می گیرد، ذرات بخار خارج شده با انرژی بالا اطراف قطره را احاطه کرده و در نتیجه دمای قطره کاهش می یابد و در عین حال همان ذرات بخار با دمای بالاتر سبب رسیدن قطره به دمای حباب رطوبتی اش شده و تبخیر قطره را موجب می شوند. در بررسی انجام شده در این زمینه نتایج حاصل از تبخیر قطره آب در هوا از الگوی پیش بینی شده در قانون توان دوم شعاعی در تقلیل کروی تا لحظه حضور در تله نوری پیروی کرده و نتایج حاصل از آن به صورت تجربی با پیش بینی های تئوری مطابق می باشد.

سلول¬ها اصلی¬ترین واحد ساختمانی موجودات زنده هستند. ساختمان یک سلول توسط غشا احاطه شده است. غشای زیستی از فسفولیپیدها، پروتئین¬ها و کلسترول تشکیل شده است. مولکول¬های فسفولیپیدی از نوع مولکول¬های آمفی فیلی هستند که شامل یه قسمت سر آبدوست و یک قسمت دم آبگریز می¬باشند. مولکول¬های لیپیدی حدود 50 درصد از ساختار غشای یک سلول را به خود اختصاص داده¬اند. این مولکول ها به همراه پروتئین¬های غشا نقش مهمی را در انتقال مواد به درون و بیرون سلول ایفا می¬کنند. مولکول¬های لیپیدی (فسفولیپیدی) به¬خاطر خواص ویژه¬ای که دارند، به صورت یک دولایه قرار گرفته¬اند، دولایه لیپیدی به صورت یک محافظ برای سلول عمل می¬کند. پروتئین¬ها در صورت نیاز، یون¬ها و مواد قندی را به داخل و بیرون انتقال می¬دهند و دو لایه لیپیدی از ورود و خروج بیش از اندازه¬ی این سری از مواد جلوگیری می¬کند. البته برخی از مواد و ذرات نمی¬توانند توسط پروتئین¬ها عبور داده شوند، ولی دولایه لیپیدی فرایندهای خاص این کار را انجام می¬دهد. در این پایان¬نامه ابتدا غشای کروی دولایه لیپیدی از مولکول¬های فسفولیپیدی ساخته شد. این غشاهای مصنوعی آبدانک نامیده می شوند. اندازه قطر آنها از چند ده نانومتر تا چند ده میکرومتر متغیر است. آبدانک¬های چند صد نانومتری در فرایند¬هایی همچون انتقال دارو در بدن استفاده می شوند. اندازه چند ده میکرونی مدل خوبی برای غشای سلول به¬شمار می¬آیند. آبدانک¬ها می¬توانند رفتاری مشابه با قسمت لیپیدی غشای یک سلول، از خود نشان دهند. بعد از تولید آبدانک¬ها، با اعمال پتانسیل الکتریکی و ایجاد منفذ، آبدانک نسبت به یون¬ها نفوذپذیر شدند. با استفاده از یک چیدمان تجربی و لحاظ کردن شرایط الکتروفیزیولوژی جریان یونی گذرنده از منفذ آبدانک و مقدار زمان نفوذپذیر شدن آن اندازه¬گیری و با تبدیل این جریان یونی به پتانسیل الکتریکی، مقدار پتانسیل غشا اندازه¬گیری شد. در ادامه مشاهده شد با افزایش غلظت یون¬ها پتانسیل الکتریکی غشا و همچنین مقدار زمانی که غشا نفوذپذیر باقی می¬ماند بیشتر می¬شود. با این اندازه¬گیری اطلاعاتی در مورد رفتار نفوذپذیری و میزان تغییرات غشا در غلظت¬های مختلف یونی بدست آمد

یکی از ساختارهایی که از خود-اجتماعی مولکولهای فسفولیپیدی در محیط های قطبی بوجود می آید‏، نانولوله های فسفولیپیدی است. این ساختارهای منحصر به فرد یک مدل آزمایشگاهی بسیار مناسب برای بررسی خواص بیولوژیکی و بیوفیزیکی از نانولوله های زیستی به شمار می آیند. شعاع این نانولوله ها از مرتبه چند ده نانومتر است. در این پروژه ما ابتدا نانولوله های فسفولیپیدی با دو انتهای آزاد راتولید کرده و شعاع آنها را از طریق محاسبه طول ایستایی ( و شدت آنها با روش های میکروسکوپی) بدست آوردیم. با استفاده از نتایج‏، روشی برای تعیین نانولوله های تک دولایه و چند دولایه بدست آمد. در مرحله دوم ما تاثیرات پروتئین‏ با دومین ‎f-bar (syndapin 1) ‎ را که با غشای نانولوله ها پیوند الکتروستاتیکی برقرار می کنند، روی خواص مکانیکی آنها مورد مطالعه قرار دادیم. با بدست آوردن طول ایستایی نانولوله های پوشانیده شده با پروتئین مشاهده گردید سختی غشا در اثر پیوند پروتئین ‎f-bar‎ با آن 5 برابر افزایش می یابد. ‎‏همچنین با استفاده از انبرک نوری نانولوله هایی از غشای آبدانک بیرون کشیده شده و حس انحنایی پروتئین بررسی گردید. ‎ ‏در نهایت لوله ای شدن غشای آبدانک ها در مجاورت پروتئین های ‎arfaptin‎ و‏ ‎i-bar‎ مشاهده و بررسی شد. طول ایستایی نانولوله های پوشانیده شده با پروتئین‏ ‎i-bar‎ محاسبه گردید که نشان می داد این پروتئین بر اثر پیوند با غشای نانو‎لوله ی فسفولیپیدی سختی آن را حدود دو برابر افزایش می دهد.

یکی از مشخصه های زندگی سلولی، وجود غشاها می باشد که سلول را از دنیای بیرون و اجزای داخلی سلول را از یکدیگر جدا می کند. ساختار کلی همه غشاهای سلولی شامل پروتئین ها و لیپید ها می باشد. بنابراین مطالعه خواص کشسانی و فیزیکی غشای مصنوعی که از لیپید ها ساخته شده است، معیاری مناسب برای بررسی خواص غشای زیستی می باشد. در این پروژه ابتدا به روش الکتروفرمیشن که از روش های متداول و بهینه در تولید آبدانک می باشد، غشای مصنوعی از لیپید ها درست کردیم. سپس با چسباندن یک ذره به سطح آبدانک ها یک دنباله (tether) از آن به بیرون کشیده و تغییرات نیروی دنباله در پیرامون دمای گذار را بررسی کردیم. همچنین بازه دمایی حدی گذار برای آبدانک های نوع pc (phosphatidylcholine) با استفاده از تغییرات نیروی دنباله به دست آمده است. مطالعات تجربی اخیر روی تک دولایه های لیپیدی و آبدانک های بزرگ نشان داده است که سیستم های غشای تک دولایه، می توانند به طور خودبخودی لوله ای شوند. به عبارت دیگر بدون اینکه نیروی خارجی اعمال شود قادر به تشکیل غشای لوله ای و نانولوله می باشد. هنگامی که دو طرف غشا در معرض دو غلظت متفاوت از انواع مختلف ذرات از نظر اندازه و میزان جذب قرار گیرد، غشا یک انحنای خودبه خودی و ارجح پیدا می کند. تا به حال مطالعات بسیاری روی خواص کشسانی آبدانک های کروی شکل صورت گرفته است ولی چگونگی تشکیل آبدانک های لوله ای به طور خودبخودی و بدون اعمال نیروی خارجی چندان واضح نیست. با این وجود فرآیند لوله ای شدن برای سیستم های مختلف مشاهده شده است. کار دیگری که در این پروژه صورت گرفته است تبدیل آبدانک های کروی شکل به استوانه ای و برعکس، و بررسی خواص کشسانی آن ها از طریق محاسبه سختی خمشی غشا با استفاده از طول ایستایی لوله های لیپیدی می باشد.

در این پایان نامه ابتدا تاثیر ناصافی سطوح دی الکتریک را روی قطبیدگی نور فرودی قطبیده بررسی می کنیم. مطالعه تاثیر صفحک های مورب روی پراکندگی همدوس نور در بازتاب نشان می دهد که این صفحک ها قطبیدگی نور فرودی را تغییر می دهند و اختلاف شدت بهنجار برای مولفه های قطبیدگی نور پراکنده همدوس، به طور کیفی، میزان سهم صفحک های مورب را در نور پراکنده همدوس نشان می دهد. با فرض اینکه بخش عمده پراکندگی نور توسط صفحک های موازی با صفحه میانگین صورت می گیرد، با اندازه گیری نور پراکنده پخشی در صفحه فرود صفحه میانگین، وقتی که سطح ناصاف در محیط هایی با ضرایب شکست متفاوت قرار می گیرد اندازه میانگین صفحک ها را به طور نظری به دست می آوریم. این نتایج را به طور تجربی با اندازه گیری شدت نور پراکنده پخشی در صفحه فرود صفحه میانگین محک می زنیم. نتایج تجربی با پیش بینی های نظری توافق بسیار خوبی دارد. در ادامه نشان می دهیم که اصل فرما در اپتیک پرتوی، مضمون موجی نیز دارد و در آن تداخل سازنده و ویرانگر که لازمه تشکیل تصویر است مستتر است و این اصل، پراش نور را نیز توصیف و توجیه می کند. همچنین با مرور نظریه تشکیل تصویر در سطوح ناصاف، با ارائه تحلیل نظری، نتایج آزمایش ها در آزمایشگاه و در کویر و عرضه عکس های متنوع و فیلم نشان می دهیم که سراب نمی تواند در اثر بازتاب کلی از لایه های مجاور سطح زمین تشکیل شود. سراب، تصویر شی در سطح تخت ناصاف است و فاصله مشاهده به ناصافی سطح و شدت برتابندگی شی بستگی دارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

میتوان با کانونی کردن باریکه لیزر یک تله نوری در محل کانون ایجاد کرد. از آنجاییکه انتگرال فرنل کیرشهف قطبش لیزر را در نظر نمی گیرد لذا همیشه (مستقل از نوع قطبش نور )توزیع نور در صفحه کانونی را به شکل یک قرص دایره ای با حلقه های روشن و تاریک دایره ای در اطراف آن پیش بینی میکند. اما کارهای نضری بعد از آن نشان داده اند که هرگاه قطبش نور خطی باشد قرص مرکزی و حلقه های اطراف آن بیضوی خواهند بود. شکل بیضوی توزیع نور در صفحه کانونی باعث می شود که تله ی نوری ایجاد شده توسط چنین نوری تقارن استوانه ای نداشته باشد که مقدار عدم تقارن آن بسته به اندازه ی ذره به تله افتاده متفاوت است. ما تاثیر این عدم تقارن توزیع نور را بر عدم تقارن استوانه ای قدرت تله نوری به روش تجربی اندازه گیری کردهایم.

انبرک نوری با کانونی کردن نور لیزر توسط یک عدسی شیئی با دهانه ی عددی بالا، می تواند ذرات اطراف کانون را به تله بیاندازد. به دلیل امکان مطالعه انفرادی ذرات برهم کنش کننده با نور لیزر در انبرک نوری، این ابزار کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف علمی از قبیل فیزیک، شیمی و زیست شناسی یافته است. لذا بررسی های نظری و تجربی، جهت بهبود عملکرد آن از اهمیت بالایی برخوردار است. شبیه سازی انبرک نوری می تواند ضمن تأیید نتایج تجربی حاضر، نتایج آزمایش های احتمالی را پیش بینی نماید. تفاضلات متناهی در حوزه زمان (fdtd) روشی برای حل مسائل دارای معادلات زمانی و مکانی همزمان مانند معادلات ماکسول بوده و با انعطافی که دارد، کاربرد وسیعی در مسائل دقیق مهندسی الکترومغناطیس یافته است. برای مطالعه پراکندگی، دو فرمول بندی مرسوم fdtd ارائه شده است: میدان پراکندگی خالص و میدان کل – میدان پراکندگی. در فرمول بندی اول، برای میدان فرودی معین، میدان های پراکندگی از طریق محاسبه بدست می آیند. میدان کل از مجموع میدان پراکندگی (حاصل از محاسبه) و میدان فرودی قابل تعیین است. در فرمول بندی دوم، فضا به دو ناحیه ی میدان پراکندگی و میدان کل تقسیم شده و این میدان ها در نواحی مربوط با محاسبه بدست می آیند. در این پایان نامه، سعی بر این است که انتشار امواج الکترومغناطیسی نور لیزر در اطراف کانون عدسی با استفاده از fdtd شبیه سازی شود. بدین ترتیب مقادیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی در زمان و مکان های مختلف محاسبه می شود. در نهایت، نیروی تابشی وارد بر ذره با استفاده از تانسور تنش ماکسول بدست می آید. بدین منظور، ابتدا روابط میدان های فرودی قبل از کانونی شدن معرفی شده و نحوه استخراج شکل کانونی آنها بیان می گردد. در ادامه روش تفاضلات متناهی در حوزه زمان (fdtd) شرح داده می شود. سپس برای شروع از فرمول بندی میدان پراکندگی خالص، جهت حصول مقادیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی حاصل از پراکندگی نور لیزر در اطراف کانون عدسی شیئی استفاده شده و نشان داده می شود که این فرمول بندی نتایج نسبتاً درستی را برای میدان های پراکندگی بدست می آورد. سپس جهت حصول مقادیر میدان کل الکتریکی و مغناطیسی اطراف ذره، مقادیر میدان پراکندگی حاصل از محاسبه با مقادیر معلوم میدان فرودی جمع شده و با استفاده از مقادیر حاصل، تانسور تنش ماکسول در اطراف ذره، بدست می آید. پس از آن، نیروی تابشی وارد بر ذره، با استفاده از تانسور تنش ماکسول بدست می آید. نشان داده می شود فرمول بندی میدان پراکندگی خالص، برای مسائلی که نیاز به مقادیر میدان کل در فضا دارند (مانند انبرک نوری)، مفید نبوده و بهتر است از فرمول بندی میدان کل-میدان پراکندگی در این مسائل استفاده شود.