طراحی و تحلیل یک نانو زیست حسگر ارتعاشی بر پایه نانولوله‌ کربنی برای تشخیص ویروس‌ها

در این پژوهش، یک مدل نظری بر اساس معادلات تیر اویلربرنولی اصلاح شده‌ی ناموضعی برای تشخیص ذرات بیولوژیکی جذب شده بر روی نانولوله‌های کربنی دو سر گیردار به عنوان یک نانو زیست حسگر ارتعاشی ارائه شده است. اساس کار این نانو زیست حسگرهای ارتعاشی، محاسبه دقیق تغییر فرکانس تشدید به دلیل تغییر جرم ناشی از جذب سطحی ویروس‌ها است. در بیشتر تحقیق‌های انجام شده برای سادگی محاسبات از تکیه‌گاه‌های دوسر مفصلی استفاده کرده‌اند، درحالی‌که ساخت چنین تکیه‌گاه‌هایی در مقیاس نانو تقریبا غیرممکن است. به این منظور از تکیه‌گاه‌ دو سر گیردار برای تحلیل این مساله استفاده شده است و برای نخستین بار، پاسخ بسته فرکانس ارتعاشی یک نانوحسگر دوسر گیردار بر حسب مشخصات هندسی و مکانیکی نانولوله به همراه اثرهای ناموضعی، سطحی و اینرسی دورانی، ارائه گردید. اگرچه بسیاری از محققان از اثرهای تنش سطحی و اینرسی چرخشی به‌طور هم‌زمان در تحلیل ناموضعی ارتعاشی نانوحسگر چشم‌پوشی کرده‌اند، اما این پژوهش نشان می‌دهد که اثرهای مذکور در مقیاس‌ نانو، نقش زیادی در تغییر فرکانس تشدید و دقت نانو زیست حسگرهای ارتعاشی داشته‌اند. همچنین بر پایه پاسخ به‌دست آمده، شش نوع ویروس متفاوت مورد بررسی قرار گرفت که براساس آنالیز حساسیت، نانو زیست حسگر طراحی شده موفق به تفکیک تغییر فرکانس و در نتیجه تشخیص آنها شد.

Design and analysis of a resonant nanobiosensor based on carbon nanotubes to detect viruses

In this study, a theoretical model based on the modified nonlocal EulerBernoulli is presented for the detection of biologically adsorbed particles on doubly clamped carbon nanotubes as resonant nanobiosensors. The basis of the work of these resonant nanobiosensors is the accurate calculation of the change in the resonant frequency because of the change in the mass due to the surface adsorption of the viruses. In most studies, simply supported ends have been used for simplicity of calculations, while it is almost impossible to build such supports at nanoscale. For this purpose, a doubly clamped ends was used to analyze this problem and for the first time, the closedform vibration frequency response of a doubly clamped nanosensor was presented according to the geometric and mechanical characteristics of the nanotubes along with nonlocal, surface and rotary inertia effects. Although many researchers have ignored the effects of surface stress and rotary inertia on the vibration analysis of nanosensors, this study found that these effects at nanoscale played a major role in changing the frequency and accuracy of resonant nanobiosensors. Also, based on the obtained results, six different types of viruses were examined. Based on the sensitivity analysis, the designed nanobiosensor was able to separate the frequency change and identify them, consequently.