Nanoparticle-membrane interactions : a systematic study of the electric charge contribution to the wrapping process

العناوين الأخرى

تفاعل الجسيمات النانوية مع جدار الخلية : دراسة منهجية لدور الشحنة الكهربائية لهذه الجسيمات في عملية دخولها

مقدم أطروحة جامعية

Uthman, Samih M.

مشرف أطروحة جامعية

Sayyid Ahmad, Abd Allah
Auth, Thorsten

الجامعة

جامعة بيرزيت

الكلية

كلية العلوم

القسم الأكاديمي

دائرة الفيزياء

دولة الجامعة

فلسطين (الضفة الغربية)

الدرجة العلمية

ماجستير

تاريخ الدرجة العلمية

2020

الملخص العربي

في هذه الدراسة، من مهتمون بتطوير نموذج فيزيائي للتنبؤ بملوك الجسيمات النانوية التي يتم لفها بواسطة غشاء من الحتمل أن يكون هذا النموذج مفيدا للتشخيصات الطبية والعلاج والبحوث الأساسية غالبا، تتمايز حالات التفاف الجسيمات النانوية اعتمادا على طاقة النظام، بناء على اكتساب طاقة الالتصاق و تكلفة طاقة الانحناء.

ومع ذلك، لحساب التفاعلات بين الجسيمات النانوية والخلايا البيولوجية من المهم أن نأخذ بعين الاعتبار الطبيعة التعددة المكونات لأغشية الخلايا.

علاوة على ذلك، على الرغم من حجب ( تعادل ) شحنات الشحنات القوي في كثير من الأحيان، إلا أن التفاعلات الكهروستاتيكية ضرورية لأنها تؤثر على سلوك الجسيمات النانوية غشاء الخلية.

يتكون نموذجنا من جزيء نانوي كروي سطحه مشحون بالإضافة لخصائص عازلة ملفوفة بغشاء.

يتم الحصول على شكل الغشاء لحالة التفاف معينة ذات أقل قيمة من هاميلتونية هلي فريش.

يحتوي العشاء أيضا على قلب كاره للماء وأسطح محبة للماء ربما تكون مشحونة.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تحديد خصائص عازلة متمايزة لكل من المناطق الداخلية والسطحية.

و أخيرا، يتم تمثيل الوسط داخل الخلايا و خارجها بواسطة محلول إلكتروليت ذات أملاح مختلفة التراكيز بالقرب من نقوم بحل معادلة بواسون بولتزمان غير الخطية و غير المتماثلة لحساب طاقة الكهرباء المساكنة الكلية.

تشير نتائجنا إلى أن الشحنات الكهربائية يمكن أن تغير بشكل كبير من تفاعل الجسيمات النانوية الكروية مع غشاء ثنائيات الدهون.

كما يقترح أيضا أن التفاعلات الكهروستاتيكية، و توزيع الشحنات، و نسبة التفاف العشاء على الجسيمات النانوية، انحناء الطبقة الدهنية يشاركون معا في التحكم في عملية الالتفاف.

الملخص الإنجليزي

In this study, we are interested in developing a physically motivated model to predict the affinity of a nanoparticle to be wrapped by a cell membrane.

This model is potentially useful for medical diagnostics, therapy and basic research.

Traditionally, nanoparticle wrapping states are characterized by energies based on nanoparticlemembrane adhesion-energy gain and membrane deformation-energy cost.

However, to calculate the interactions between nanoparticles and biological cells it is important to take into account the multi-component nature of the cell membranes.

Furthermore, although often strongly screened, electrostatic interactions are essential as they affect the behaviour of a nanoparticle-membrane system.

For example, the presence of a charged particle next to a multi-component lipid-bilayer membrane leads to the accumulation of oppositely charged proteins and lipids around it.

Our model consists of a spherical nanoparticle with a surface charge and specific dielectric properties wrapped by a membrane.

The membrane shape for a given wrapping state is obtained from minimizing the Helfrich Hamiltonian.

The membrane is represented by a lipid bilayer.

It has a hydrophobic core and possibly charged hydrophilic surfaces with mobile charges impeded in them.

Additionally, both the core and surface regions are assigned distinct dielectric properties.

Lastly, the intracellular and extracellular media are represented by electrolyte solutions with different salt concentrations.

We solve the axisymmetric nonlinear Poisson-Boltzmann equation to calculate electrostatic free energy.

Our results indicate that electrical charges can significantly alter the interaction of spherical nanoparticles with lipid bilayers.

They also suggest that the interplay among electrostatic interactions, charge redistribution, wrapping fraction of the nanoparticle and lipid-bilayer deformation govern the wrapping process.

التخصصات الرئيسية

الفيزياء

الموضوعات

• الجسيمات النانوية
• الشحنات الكهربائية

عدد الصفحات

55

قائمة المحتويات

• APA
• MLA
• AMA

لغة النص

الإنجليزية

نوع البيانات

رسائل جامعية

رقم السجل

BIM-977585