Design, Modeling and Characterization of Bio-Nanorobotic Systems

نانوروبات ها دستگاهی در مقیاس نانو را نشان می دهند که در آن پروتئین هایی مانند DNA، نانولوله های کربنی می توانند به عنوان موتور، اتصالات مکانیکی، عناصر انتقال یا حسگر عمل کنند. هنگامی که این اجزای مختلف با هم مونتاژ شدند، می‌توانند نانوروبات‌هایی با چند درجه آزادی تشکیل دهند که قادر به اعمال نیرو و دستکاری اجسام در جهان در مقیاس نانو هستند. طراحی، مدل‌سازی و مشخصه‌سازی سیستم‌های نانورباتیک زیستی طراحی، مونتاژ، شبیه‌سازی و نمونه‌سازی ساختارهای مولکولی بیولوژیکی و مصنوعی را با هدف اجرای حرکات نانومقیاس داخلی آنها در سیستم‌های نانورباتیک به روشی بهینه بررسی می‌کند.

طراحی، مدل‌سازی و مشخصه‌سازی سیستم‌های نانوروباتیک زیستی عمدتاً بر دو رویکرد متمرکز است. اولین مورد شامل ابزارهای مدل سازی چند مقیاسی (مکانیک کوانتومی، دینامیک مولکولی، مکانیک پیوسته) همراه با تکنیک های پیشرفته واقعیت مجازی است. به منظور طراحی و ارزیابی ویژگی‌های ربات‌های مولکولی، شبیه‌سازی مبتنی بر نانوفیزیک تعاملی را پیشنهاد کردیم که امکان دستکاری مولکول‌ها، پروتئین‌ها و مواد مهندسی شده را در شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی با بازخورد نیروی بلادرنگ و نمایش گرافیکی فراهم می‌کند. رویکرد دوم از یک روش نمونه‌سازی مشترک جدید استفاده می‌کند، که در آن مدل چند مقیاسی نانورباتیک با اندازه‌گیری‌های تجربی همراه است.

طراحی، مدل‌سازی و مشخصه‌سازی سیستم‌های نانوروباتیک زیستی مفهوم جدیدی از نانو ربات‌ها، DNA مبتنی بر نانومحرک‌های زیستی و نانولوله‌های کربنی مبتنی بر نانوابزارهای دوار را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، پلت فرم ارائه شده به مشخص کردن تعامل بین سیستم های جدید دارورسانی و غشای سلولی کمک کرد.

Nanorobots represent a nanoscale device where proteins such as DNA, carbon nanotubes could act as motors, mechanical joints, transmission elements, or sensors. When these different components were assembled together they can form nanorobots with multi-degree-of-freedom, able to apply forces and manipulate objects in the nanoscale world. Design, Modeling and Characterization of Bio-Nanorobotic Systems investigates the design, assembly, simulation, and prototyping of biological and artificial molecular structures with the goal of implementing their internal nanoscale movements within nanorobotic systems in an optimized manner.

Design, Modeling and Characterization of Bio-Nanorobotic Systems focuses, mainly on two approaches. The first one involves multiscale modeling tools (quantum mechanics, molecular dynamics, continuum mechanics) coupled to virtual reality advanced techniques. In order to design and evaluate the characteristics of molecular robots, we proposed interactive nanophysics-based simulation which permits manipulation of molecules, proteins and engineered materials in molecular dynamics simulations with real-time force feedback and graphical display. The second approach uses a novel co-prototyping methodology, where the nanorobotic’s multiscale model is coupled to experimental measurements.

Design, Modeling and Characterization of Bio-Nanorobotic Systems presents a novel concept of nanorobots, bio-nanoactuators based DNA and rotating nanodevices based carbon nanotubes. In addition the presented platform helped to characterize the interaction between novel drug delivery systems and cellular membrane.