مقاله درباره درباره نظریه مولکولى تکامل

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 10

درباره نظریه مولکولى تکامل

ژاک لوسین مونو (J.monod) در سال ۱۹۱۰ در پاریس به دنیا آمد و در سال ۱۹۳۱ همانجا از دانشگاه فارغ التحصیل شد. در سال ۱۹۳۴ استادیار جانورشناسى شد و چند سال اول پس از فارغ التحصیلى درباره منشاء حیات به تحقیق پرداخت. طى جنگ جهانى دوم در سازمان مقاومت فعالیت داشت و پس از آن به انستیتو پاستور پیوست. در سال ۱۹۵۳ رئیس گروه زیست شیمى سلولى شد. در سال ۱۹۵۸ درباره ساخت آنزیم در باکترى جهش یافته با فرانسوا ژاکوپ (F.Jacob) و آرتور پاردى (A.Pardee) به همکارى پرداخت. این کار به تدوین نظریه تبیین فعالیت ژن و چگونگى روشن و خاموش شدن ژن ها در مواقع لزوم، توسط مونو و ژاکوب انجامید.

در سال ۱۹۶۰ آنها اصطلاح «اپرون» را براى گروهى از ژن ها معرفى کردند که با یکدیگر پیوند نزدیکى دارند و هر یک از آنها مرحله اى متفاوت از یک مسیر زیست شیمیایى را کنترل مى کند. سال بعد آنها وجود مولکولى به نام RNA ى پیامبر را فرض کردند که اطلاعات ژنتیکى لازم براى ساخت پروتئین را از اپرون به ریبوزوم ها، یعنى جایى که پروتئین ساخته مى شود، مى برد. مونو و ژاکوب به خاطر این کار جایزه نوبل پزشکى یا فیزیکى سال ۱۹۶۵ را گرفتند، جایزه اى مشترک با آندره لوف (A.Lwoff) که او هم روى ژنتیک باکترى کار مى کرد. در سال ۱۹۷۱ مونو مدیر انستیتو شد و در همان سال کتاب پرفروش «تصادف و ضرورت» را به چاپ رساند. او در این کتاب استدلال مى کند که حیات در اثر تصادف پدید آمده و در نتیجه پیامد ناگزیر فشار هاى ناشى از انتخاب طبیعى به وضعیت کنونى درآمده است.

این کتاب با همین عنوان توسط حسین نجفى زاده ترجمه و در سال ۱۳۵۹ توسط خود وى منتشر شده است. ژاک مونو در سال ۱۹۷۶ درگذشت.متن زیر ترجمه بخشى از فصل دوم کتاب «مسائل انقلاب علمى» (۱۹۷۴) به ویراستارى هار (R.Harre) است. این متن تحت عنوان «درباره نظریه مولکولى تکامل» طى روز هاى آینده در همین ستون عرضه خواهد شد.

آنچه مى خواهم امروز درباره اش صحبت کنم وضعیت کنونى نظریه تکامل است. اجازه دهید بى حاشیه بگویم هنگامى که از نظریه تکامل حرف مى زنم، دقیقاً از نظریه تکامل موجودات زنده درون چارچوب عمومى نظریه داروینى سخن مى گویم، نظریه اى که امروزه هنوز زنده است. در واقع این نظریه خیلى زنده تر از آن است که بسیارى از زیست شناسان ممکن است گمان کنند؛نظریه تکامل نظریه اى بسیار شگفت انگیز است. در ابتدا یادآورى این نکته لازم است که نظریه تکامل به علت مضامین عمومى آن از بسیارى جهات مهمترین نظریه علمى است که تاکنون تدوین شده. تردیدى نیست که هیچ نظریه علمى دیگرى چنین مضامین فلسفى، ایدئولوژیک و سیاسى عظیمى دربر نداشته است.

علاوه بر این نظریه تکامل از نظر جایگاه نیز بسیار شگفت انگیز است، زیرا با نظریه هاى فیزیکى کاملاً تفاوت دارد. هدف بنیادى نظریه هاى فیزیکى کشف قوانین عام )جهانى( است، قوانینى که در مورد تمام اشیاى جهان صدق مى کنند، با این امید که بتوان براساس این قوانین- یعنى براساس اصول نخستین- نتایجى استنباط کرد که پدیده هاى سرتاسر عالم را تبیین کنند. هنگامى که یک فیزیکدان به پدیده اى خاص توجه مى کند، امیدوار است بتواند نشان دهد که او مى تواند این پدیده را در قوانین عام، از اصولى نخستین، نتیجه بگیرد. در عوض نظریه تکامل هدف متفاوتى دارد. گستره کاربرد این نظریه جهانى نیست، بلکه تنها گوشه کوچکى از این جهان است، یعنى جهان موجودات زنده آن طور که ما امروزه آنها را در زمین مى شناسیم. هدف این نظریه را مى توان توضیح وجود تقریباً دو میلیون گونه جانور و در حدود یک میلیون گونه گیاه، به اضافه تعداد نا معلومى گونه باکترى تعریف کرد که امروزه بر سطح زمین زندگى مى کنند.این گوشه بسیار کوچکى از جهان است و هیچ معلوم نیست که آیا وجود این اشیاى بسیار خاص- موجودات زنده- را مى توان، یا هرگز بتوان از اصول نخستین استنباط کرد. من همین جا مى گویم که به دلایل بسیار عمیقى که سعى خواهم کرد تبیین کنم، باور ندارم انجام چنین کارى هرگز امکان پذیر باشد.ویژگى شگفت انگیز دیگر نظریه تکامل آن است که هرکسى فکر مى کند آن را مى فهمد؛ منظورم فلاسفه، دانشمندان علوم اجتماعى و نظایر آنها است. در حالى که در واقع تعداد اندکى عملاً آن را آن طور که هست، یا حتى آن طور که داروین بیانش کرده بود، مى فهمند. یا حتى از آن هم کمتر، طورى که ما اکنون مى توانیم در زیست شناسى آن را بفهمیم. در واقع اولین بد فهمى بزرگ توسط خود اسپنسر (H.Spencer) انجام شد. البته او یکى از اولین فیلسوفان تکاملى بزرگ بود، اما در عین حال نخستین کسى بود که

مقاله درباره نگرشهای مولکولی و فیزیولوژیکی به تحمل خشکسالی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 24

دانشگاه شیراز

بخش زراعت و اصلاح نباتات

نگرشهای مولکولی و فیزیولوژیکی

به تحمل خشکسالی

استاد راهنما:

تهیه و تنظیم:

نگرش های مولکولی و فیزیولوژیکی به تحمل خشکسالی

آب عامل اصلی محدود کننده در کشاورزی جهان می باشد. در کل اغلب گیاهان زراعی، حتی به یک تنش ملایم از دست دادن آب نیز به دشت حساس هستند. با وجود این، چند جنس از گیاهان مختص آفریقای جنوبی وجود دارند که قابلیت بسیار بالا برای مقاومت در برابر از دست دادن آب و خشک شدن را دارند. به این جنس ها، گیاهان قیامت "resurrection Plants" گفته می شود.

ما از Xerophta viscose به عنوان نمونه گیاهان قیامت (تک لپه ای) استفاده کردیم تا ژن های مرتبط با تحمل فشار اسمزی را استخراج کنیم. چندین ژن که بصورت متمایز بیان می شوند، در سطوح بیوشیمایی و ملکولی مورد مطالعه قرار گرفتند. این ژنها همان هایی هستند که قابلیت عملکردی خوبی به اشریشیاکلی در شرایط تنش اسمزی می دهند. ما در این مقاله از این آزمایش به عنوان پایه ای برای بحث درباره نگرش های ملکولی و فیزیولوژیکی به تحل خشکسالی، استفاده خواهیم کرد.

(osmoprotectants)، آبسیزیک اسید (ABA) و عوامل رونویسی

مقدمه:

آب یک جزء مهم و اساسی در متابولیسم تمام ارگانیسم های رانده است. آب، انجام شدن بسیاری از واکنش های حیاتی زیست شناختی را بوسیله دارا بودن خصوصیاتی نظیر حلالیت، فراهم کردن محیط انتقال، سرد کردن محیط از راه تبخیر، تسهیل می کند. (Bohert et al., 1995).

در گیاهان و سایر فتواتوتروف ها، آب نقش مهمی در فراهم کردن انرژی مورد نیاز برای پیشبرد فتوسنتز دارد. ملکولهای آب، طی فرآیندی بنام اتولیز شکسته شده و الکترونهایی بر جای می گذارند که این الکترونها برای به چرخه درآوردن انرژی نوری ذخیره شده در فتوسیستم II ضروری می باشند. (Salisbury an Ross, 1992a)

یکی از پیامدهای مهم تنش خشکی، از دست دادن آب پروتوپلاسمی است که منجر به افزایش غلظت یونهایی مانند می شود. در غلظت های بالا چنین یونهایی به طور موثری مانع عملکرد متابولیکی می شوند (Hartung et al., 1998). همچنین افزایش غلظت اجزای تشکیل دهنده پروتوپلاسم و از دست دادن آب سلول باعث ایجاد وضعیت خاصی به نام «حالت شیشه ای: glassy state» می شود. در این حالت، ویسکوزیته مایع موجود در داخل سلول بیشتر می شود که در نتیجه باعث افزایش احتمال برهم کنش های مولکولی و واسرشت شدن پروتئین ها و فیوژن غشا می شوند. (Hartung et la., 1998; Hoekstra et al., 2001).

بنابراین گیاه برای حفظ تورگور سلولی و عملکردهای متابولیکی نیاز به بیان ژنهای خاصی دارد. گروه تحقیقاتی ما می کوشد گیاهان تراژنی زراعی و همچنین وحشی را که قادر به مقاوت در برابر خشکی باشند، ایجاد کند. منبع ژنها گیاهی به نام Xerophyta viscose (Baker) از خانواده Vello=iaceae است که متعلق به گروه کوچکی از نهاندانگان می باشد. این گیاه به علت قابلیت فوق العاده تحمل خشکی به «گیاه قیامت» ملقب شده است (Farrant, 2000, Gaff, 1977).

این گیاه (X. viscose) تا 5 درصد محتوای آب نسبی (RWC) می تواند آب از دست دهد و آبیاری مجدد این گیاه تقریباً به مدت 80 ساعت آنرا سیراب کرده و گیاه فعالیت های یزیولوژیکی خود را از سر می گیرد. (Sherwin and Farront, 1998).

ژنهایی که در این مقاله مورد بررسی قرار خواهند گرفت، شامل موارد زیر هستند: (XVPer 1 (کد کننده یک آنتی اکسیدان)، VATP1XV (کد کننده یک پروتئین زیر واحدی C مانند از آنزیم –H+ آدنوزین تری فسفاتاز)، XVGOLS (کد کننده یک گالاکتینول سنتاز)، ALDRXV4 (کد کننده یک آلدوز ردوکتاز)، XVSAP1 (کد کننده یک پروتئین متصل شونده به غشای سلولی) و DREB1A (کد کننده یک عامل رونویسی). برای تعیین اثرات ناشی از بیان این ژنها در تک لپه ای ها، آنها را به گیاه علفی بنام Digitaria sanguinalis انتقال دادیم و برای انتقال این ژنها خودمان یک سیستم انتقال طراحی کرده ایم (chen et al., 1998). سپس اگر نتایج مثبت باشند، ژنها به محصولات زراعی مانند ذرت (Zea mays) نیز منتقل خواهند شد. برای انجام چنین کاری بر روی دو لپه ای ها، ما نخست آن ژن ها را به Arabidopsis thaliana و Nicotina tobacum منتقل می کنیم.

پدیده تحمل خشکی یک پدیده پیچیده است که شامل بیان سازمان یافته ژنهای زیادی است (Walters et la., 2002) به عبارت دیگر، برای بدست آوردن گیاهان مقاوم در برابر خشکی، چند ژن باید به طور همزمان بیان شوند (Co-expression).

به عنوان مثال، بیان XVPer1، که به نظر می رسد DNA را در برابر گونه های فعال اکسیژن محافظت می کند، همزمان با بیان XVSAP1، که احتمالاً از تراوایی غشا جلوگیری می کند، همراه با بیان XVGOLS و ALDRXV4 که هر دو محافظت کننده اسمزی هستند، مجموعه ای از پروتئین های مرتبط به هم را نتیجه می دهد که با همکاری یکدیگر خصوصیت مقاومت در برابر خشکی را نتیجه می دهند.

برخی تغییرات ساختاری و فیزیولوژیکی ایجاد شده در سطح سلولها و در نتیجه در تمام پیکر گیاه از آنجائیکه پاسخ گیاهان به خشکی پیچیده و مختلف است، بنظر نمی رسد که فقط یک ژن در ایجاد تحمل خشکی نقش داشته باشد. بنابراین نیاز به درک پاسخ فیزیولوژیکی گیاهان تحت شرایط کمبود آب از اهمیت خاصی برخوردار است. (رجوع شود به Alpert and Oliver, 2002; Levitt, 1980, Walters et la. 2002 برخلاف گیاهان عادی، که پتانسیل آب را بالاتر از محیط حفظ می کنند و تلاش می کنند به فعالیت خود در دوره های کمبود آب ادامه دهند، گیاهان مقاوم خشکی یک استراتژی کاملاً متفاوت را به کار می گیرند: بافت های زنده تمام آب آزاد خود را از دست می دهند و سپس به طور آنی آب در دسترس بافت ها قرار می گیرد. این توانایی غیرعادی برای بقا در فقدان شدید آب در بافتهای زنده فقط در 100 نهاندانه مشاهده شده است (Gaff, 1977). اگر چه گیاهان قیامت ارزش اقتصادی چندانی برای کشاورزی ندارند، فهم بیشتر این پدیده می تواند نگرشهایی در مکانیسم های ممکن برای بهبود مقاومت گیاهان زراعی، ایجاد کند. در واقع روشهای زیادی وجود دارد که بوسیله آنها گیاهان مختلف به خشکسالی پاسخ می دهند (خلاصه شده در نمودار 1)

شیمی مولکولی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .DOC ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 17 صفحه

 قسمتی از متن .DOC : 

شیمی مولکولی

موضوع: دانش ها و فنون مرتبط با نانو

آیا تا به حال هوا را داخل سرنگی محبوس کرده‌اید تا آن را تحت فشار قرار دهید؟

چه اتفاقی می‌افتد وقتی پیستون سرنگ را فشار می‌دهید؟

هوا چگونه متراکم می‌شود؟ چگونه در یک فضای کوچکتر جا می‌گیرد؟

یک تکه اسفنج را می‌توان در فضای کوچکتری متراکم کرد. علت تراکم اسفنج این است که در آن سوراخهای ریزی وجود دارد، وقتی اسفنج را فشار می‌دهیم هوای داخل این سوراخها خارج می‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزدیکتر می‌گردد. درست مثل زمانی که یک تکه اسفنج خیس را فشار می‌دهید؛ آب از سوراخهای اسفنج خارج و اسفنج متراکم می‌شود. "بویل"، دانشمند انگلیسی در سال 1662 میلادی مقداری جیوه – که فلزی مایع است- را در یک لوله شیشه‌ای پنچ متری ریخت. این لوله خمیده به شکل حرف انگلیسی U و یک سمت آن مسدود بود. بویل مشاده کرد که با افزودن جیوه هوای به دام افتاده در سمتی که بسته است، متراکم می‌شود و فضای کمتری اشغال می‌کند. بویل نتیجه گرفت که هوا باید از ذرات بسیار کوچک، یعنی اتمهای ریز، تشکیل شده باشد. میان اتم‌ها فضایی است که در آن هیچ چیز نیست. وقتی هوا متراکم می‌شود، اتم‌ها به هم نزدیکتر می‌شوند. بویل همان سال‌ها در کتابی نوشت: "عنصرها را باید با آزمایش کشف کرد. شیمیدانها باید بکوشند تا هر چیزی را به مواد ساده‌تر تجزیه کنند، آن ماده یک عنصر است."

دانشمندان بر مبنای این توصیه بویل، تا اواخر قرن هجدهم حدود 30 عنصر گوناگون کشف کردند و مواد مرکب زیادی را که از این عناصر ساخته شده بود را بررسی کردند. بسیاری از مواد مرکب بررسی شده تا آن زمان از مولکول‌های ساده ساخته شده بودند و هر کدام بیش از چند اتم نداشتند. کافی بود فهرستی از انواع گوناگون اتمها تهیه شده و گفته شود که در هر ماده مرکب از هر نوع اتم چند عدد وجود دارد. در سال 1824 میلادی (1203 شمسی) "یوستون لیبینگ" و "فردریخ وهلر"، شیمیدان آلمانی درباره دوماده مرکب متفاوت تحقیق می‌کردند. هریک از آنها برای ماده مرکب خود فرمولی بدست آورد و نشان داد که در آن چه عناصری و از هر عنصر چند اتم وجود دارد. وقتی آنها نتایج کار خود را اعلام کردند معلوم شد که هر دو ماده دارای فرمول یکسانی هستند. با اینکه این دو ماده با هم متفاوت بودند و از هر جهت خواص گوناگونی داشتند، مولکولهای آنها از عناصر یکسان تشکیل شده و حتی عده اتمهای هر عنصر در هر دو ماده یکسان بود. به این ترتیب مشخص شد که تنها جمع کردنِ عده اتمهای موجود در یک مولکول کافی نیست. و این اتمها باید آرایش ویژه‌‌‌ای داشته باشند. بنابراین، آرایش متفاوت سبب تفاوتِ مولکولها می‌شود و خواص مواد با هم فرق خواهند داشت.

با توجه به اینکه هم مولکولها و هم اتمها به قدری کوچک هستند که دیده نمی‌شوند، شیمیدانان چگونه می توانند نوع آرایش اتم‌ها را در مولکولها بیابند؟

نخستین گام را در این راه، "ادوارد فرانکلندِ" انگلیسی برداشت. او مولکول‌های آلی را با برخی از فلزات ترکیب کرد و دریافت که اتمِ یک نوع فلزِ، همیشه با تعداد مشخصی از مولکول‌های آلی ترکیب می‌شود. او نتیجه گرفت که هر اتم توانایی و ظرفیت خاصی برای ترکیب با عناصر دیگر دارد. او اسم این خصلت را "والانس" گذاشت. "والانس" کلمه‌ای لاتین به معنای "ظرفیت" یا "توانایی" است. برای مثال وقتی می‌گوییم:"ظرفیت هیدروژن «یک» است"، یعنی اتم هیدروژن تنها با یک اتم دیگر می‌تواند ترکیب شود. ظرفیت اکسیژن «دو»، نیتروژن «سه» و کربن «چهار» است. اسکات کوپرِ اسکاتلندی، نیز در 1858 میلادی نظریه "پیوندهای شیمیایی" را مطرح کرد. او معتقد بود که اتمها با "قلاب" یا "پیوند" به یکدیگر

متصل می‌شوند و مولکولهای مختلف را تشکیل می‌دهند. طبق نظریه او، هر اتم به اندازه "ظرفیت" یا "والانس" خود می‌تواند با اتمهای دیگر پیوند بدهد. کوپر همچنین پیشنهاد کرد که اتم‌ها را با توجه به ظرفیتشان و تعداد پیوندهایی که می‌توانند با سایر اتمها داشته باشند، به صورت ذیل نمایش دهند:

به این ترتیب می‌توانیم مولکول‌ها را با رسم پیوندهای میان اتم‌ها، به شکل زیر نشان بدهیم:

استفاده از روش فوق برای نشان دادن ساختمان مولکول‌های کوچک و غیر آلی، به راحتی مقدور بود، اما در مورد مولکول‌های بزرگتر و مواد مرکب آلی، مشکلاتی وجود داشت که گاه باعث گمراهی می‌شد. از اینرو "ککوله" تلاش کرد تا مشکل ظرفیت را در موردِ مواد مرکب آلی برطرف کند. "فردریش آگوست ککوله" با توجه به این مسأله که هر اتم کربن ظرفیت اتصال به چهار اتم دیگر را دارد، توانست مسایل مربوط به تعداد زیادی از مولکول‌ها -که ساختمان آنها تا آن زمان معمّا به نظر می‌رسید- را حل کند.

امروزه نیز از همین مدل برای نشان دادن مولکولها و همچنین توضیح خواص آنها استفاده می‌شود.

اما شیمی‌دانان ها چگونه می‌توانند بین ساختار مولکول و خواص آن ارتباط برقرار کنند؟

مواد مختلف بسته به این‌که از چه عناصر تشکیل شده‌اند و دارای چه آرایشی هستند، خواص مختلفی دارند. برای مثال موادی که خاصیت اسیدی از خود نشان می‌دهند در ساختار مولکولی خود اتم هیدروژنی دارند که به اکسیژن متصل است و آن اتم اکسیژن هم با یک عنصر نافلز مانند گوگرد، فسفر و... پیوند دارد. حال اگر به جای اتم نافلز، یک اتم فلز مانند سدیم، کلسیم یا ... قرار گیرد، ترکیب به جای "خصلت اسیدی"، "خاصیت قلیایی" خواهد داشت.

در داروها و مولکول‌های بزرگ، خواص ترکیب به عوامل متعددی بستگی دارد. در نانو فناوری که هدف ساختن مولکولی جدید با رفتاری خواص است، یک دانشمند شیمی مولکولی با استفاده از تخصص خود، آرایشی از اتم‌ها را پیشنهاد می‌کند که خواصیت مورد نظر ما را داشته باشد. از سوی دیگر باید بدانیم مولکولها صرفاً آنچه ما روی کاغذ رسم می‌کنیم نیستند. مولکول‌ها دارای بعد هستند و فضا اشغال می‌کنند.

یک مولکول در فضا آرایشهای مختلفی را می‌تواند اختیار کند. درحال حاضر با استفاده از یک سری فنون خاص و به کمک کامپیوتر می‌توان آرایش‌های مختلف را پیش‌بینی کرده و چگونگی قرار گرفتن اتمها را در کنار یکدیگر را بررسی کرد. همچنین می توان حدس زد که هر آرایش مولکولی چه خواصی را موجب می‌شود. این کار نیز به واسطه اطلاعاتی که یک دانشمند شیمی مولکولی از مطالعه ساختارهای مختلف مولکولها بدست آورده است، امکان پذیر می‌باشد.

شاخه‌ای از نانوفناوری که با بهره‌گیری از شیمی مولکولی و روشهای محاسباتی فیزیکی و مکانیک کوانتومی، آرایشهای متنوع مولکولها را بررسی می‌کند را نانوفناوری محاسباتی می‌نامند.

فناوری نانو چیست؟

نانوتکنولوژی، فناوری جدید است که تمام دنیا را فرا گرفته است و به تعبیر دقیقتر "نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بکله همه آینده است" . در این نوشتار بعد از تعریف نانوتکنولوژی و بیان کاربردهای آن دلایل و ضرورتهای توجه به این فناوری آورده شده است:

تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود. از همین تعریف ساده برمیآید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن آوری را بهعنوان یک زمینه فرا رشتهای و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمایشها و تحقیقات پیرامون نانوتکتولوژی از ابتدای دهه 80 قرن بیستم بطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنکردنی نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند .

استفاده از این فنآوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و غیره باعث شده که تحقیقات در زمینه نانو بهعنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامهریزی علمی دقیق و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرضاندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتناب ناپذیر است.

نانوتکنولوژی و کاربردهای آن

علوم و فناوری نانو، عنصر ی اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ی نده، همکاریهای تحقیقاتی میان‌رشته‌ا‌ی، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح

زیر می‌باشد:

1 – تولید ، مواد و محصولات صنعتی :

نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص و کارکرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می‌کند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده‌است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از: مواد سبک‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی ؛ کاهش هزینة عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنّی ؛ ابزارهایی نوین بر پایة اصول و معماری جدید ؛ بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه‌ا‌ی که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشکی و بدن انسان:

رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره می‌کند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.

• فراتر از سهل‌شدن استفادة بهینه از دارو، نانوتکنولوژی می‌تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو ( Drug Delivery ) تهیه کند، که به‌نحو حیرت‌انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می‌دهد.

• مواد زیست‌سازگار با کارآیی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی‌سازی بکار می‌رود) درون سلولها وارد نمود.

• افزایش توان محاسباتی بوسیلة نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاشته‌شدة زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود.

3- دوام‌پذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک:

نانوتکنولوژی چنان چ ه ذکر شد، منجر به تغییرات ی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امکان بازیافت و استفادة مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواه ن د کرد. در زمینه محیط زیست ، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ا‌ی ، در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می‌دهد ؛ در ایجاد و درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده‌ها ؛ در توسعة فنّاوری‌های "سبز" جدید که محصولات جانبی ناخواستة کمتری دارند و ی ا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

در زمینه انرژی ، نانوتکنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی کارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار د ا د ه مصرف انرژی را پایین بیاورد . به عنوان مثال، شرکتهای

مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنة اتومبیلها شود. استفاده گسترد ه ازاین نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند سالیانه 5/1 میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد .

تحقیق در مورد شبیه سازی مولکولی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 42 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

شبیه سازی مولکولی به روش‌هایی گفته می‌شود که با در نظر گرفتن مولکولهای یک سیستم و مدل بر هم کنش آنها و محاسبه موقعیت‌ها و سرعت‌های آن ذرات در هر لحظه از زمان و استفاده از روابط مکانیک آماری خواص ماکروسکوپی سیستم را محاسبه می‌کند. شبیه سازی‌های کامپیوتری نقش ارزشمندی در پاسخ دقیق به مسائل آماری دارند که فقط بوسیله روش‌های تقریبی قابل حل هستند. بدین ترتیب شبیه سازی کامپیوتری روشی برای آزمایش نظریه‌های مختلف مکانیک آماری است علاوه بر این نتایج شبیه سازی‌های کامپیوتری را می‌توان در حد نتایج آزمایشهای واقعی دانست.

روش شبیه سازی ملکولی به عوض تلاشی جهت استنتاج رفتار میکروسکوپی از مشاهدات آزمایشگاهی، دیدگاه سازنده‌ای را دنبال می‌کند که در آن سعی می‌شود با استفاده از سیستم‌های مدل رفتار میکروسکوپی بازسازی شود. بدین ترتیب این گونه روش‌ها می‌توانند به منظور آزمایش مدل‌های ارائه شده مولکولی به کار روند و یا با استفاده از مدل‌های تایید شده برای محاسبه خواص مدل مورد استفاده قرار گیرند. این نقش دوگانه شبیه سازی به صورت پلی میان مدلها و پیش بینی‌های نظری از یک سو و مدل‌ها و نتایج آزمایشگاهی از سوی دیگر است. تفاوت بین شبیه سازی کامپیوتری و سایر محاسبات در نحوه استفاده از کامپیوتر است. در شبیه سازی، کامپیوتر تنها یک محاسبه‌گر نیست بلکه آزمایشگاهی مجازی که در آن یک سیستم بررسی می‌شود .

شکل 2- 1- صفحه 5 کتاب آن

به همین دلیل از تکنیک‌های شبیه سازی کامپیوتری به عنوان آزمایشهای کامپیوتری نیز یاد می‌شود. شبیه سازی کامپیوتری ارتباط مستقیمی بین جزئیات میکروسکوپی یک سیستم (جرم اتم‌ها، بر هم کنش‌های بین آنها، شکل هندسی مولکولها و .....) و خواص ماکروسکوپی قابل اندازه‌گیری (معادله حالت، ضرایب انتقالی، پارامترهای نظم ساختاری و ....) برقرار می‌سازد که این کمیت‌ها علاوه بر اهمیت آکادمیک در صنعت نیز از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشند. انجام این آزمایشات تحت شرایط دما و فشار بسیار بالا می‌تواند با دشواری همراه باشد. در صورتی که انجام این گونه آزمایشات بوسیله شبیه ساز کامپیوتری کار بسیار ساده‌تری است. تعیین جزئیات ساختار و حرکت مولکولها به عنوان مثال در واکنش‌های کاتالیستی ناهمگن، انتقال یون سریع یا واکنش‌های آنزیمی بوسیله روش‌های آزمایشگاهی بسیار سخت است در حالی که به سادگی می‌توان این نتایج را از شبیه سازی کامپیوتری استخراج نمود. سرعت زیاد بعضی از رخدادها در واکنش‌ها یا سیستم‌های شیمیایی هر چند که تشخیص آزمایشگاهی آنها را با مشکل روبرو می‌کند. در شبیه سازی مولکول یک نقطه سادگی محسوب می‌گردد. یعنی رخدادهایی با سرعت بیشتر با سهولت بیشتری شبیه سازی می‌گردد. گستره وسیعی از پدیده‌های می‌تواند بوسیله شبیه سازی کامپیوتری مورد مطالعه قرار گیرد.

3- 1- شبیه سازی تعیینی و تصادفی

یک شبیه سازی در مقیاس مولکولی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است:

الف) ساختن مدل مولکولی

ب) محاسبه مسیرهای مولکولی

ج) تجزیه و تحلیل این مسیرها برای بدست آوردن مقادیر عددی خواص مورد نظر

وظیفه واقعی شبیه سازی مولکولی قسمت دوم است. بر اساس شیوه محاسبه موقعیت‌های مولکولی rN در قسمت دوم می‌توان روشهای شبیه سازی را از هم تفکیک نمود. روش‌های شبیه سازی دینامیک مولکولی بر پایه حل معادلات حرکت مولکولی به منظور تولید پیکربندی‌های جدید استوار می‌باشد در نتیجه شبیه سازی‌های دینامیک مولکولی را می‌توان برای بدست آوردن خواص وابسته به زمان مورد استفاده قرار داد. در حالی که روش مونت کارلو بر پایه احتمالات است. بدین صورت که یک پیکربندی آزمایشی بطور تصادفی تولید می‌گردد. سپس این پیکربندی سیستم بوسیله معیارهایی برای مقبولیت یا عدم مقبولیت آن بوسیله محاسبه تغییر انرژی و خواص دیگر در پیکربندی آزمایشی ارزیابی می‌گردد. و سرانجام با مقایسه کل پیکربندی‌های تولید شده و پیکربندی‌های پذیرفته شده یا رد شده و استفاده از میانگین گیرهای مجموعه‌ای خواص مولکولی محاسبه می‌گردد.

در بعضی روش‌های دیگر موقعیت‌ها با استفاده از یک روش ترکیبی بدست می‌آید. به گونه‌ای که مانند روش مونت کارلو تا حدی بصورت تصادفی است و از طرف دیگر مانند MD دارای خاصیت تعیینی است. روش‌های مختلف را می‌توان بر اساس میزان خاصیت «تعیینی» آنها در تولید موقعیت‌های مولکولی به صورت زیر مرتب کرد.

شکل صفحه 19- پایان نامه دکتر یگانگی

در شبیه سازی دینامیک مولکولی، موقعیتهای مولکولی rN از حل عددی معادلات حرکت بدست می‌آیند. بنابراین موقعیتها از نظر زمانی به همدیگر متصل هستند. در روشهای دیگر شبیه سازی موقعیتهای مولکولی از نظر زمانی به یکدیگر وابسته نیستند. به عنوان مثال در شبیه سازی «مونت کارلو» موقعیتها به صورت تصادفی تولید می‌شوند به طوری که ساختاری مولکولی rN فقط به ساختار قبلی بستگی دارد. وقتی که نتیجه یک واقعه تصادفی در یک رشته فقط به نتیجه واقعه قبلی بستگی داشته باشد به آن رشته یک «زنجیر مارکوف» می‌گویند. در بعضی روشهای دیگر موقعیتها با استفاده از یک روش ترکیبی بدست می‌آید. به گونه‌ای که مانند روش مونت کارلو تا حدی به صورت تصادفی است و از طرف دیگر مانند MD دارای خاصیت تعیینی است. روشهای مختلف را می‌توان بر اساس میزان خاصیت «تعیینی» آنها در تولید موقعیتهای مولکولی به صورت زیر مرتب کرد.

2- 3- 1- شبیه سازی مونت کارلو MC

روش تصادفی خالص مونت کارلو به سیستم با تعداد مولکول ثابت ‌N در حجم ثابت V که در دمای ثابت T نگه داشته می‌شود، صورت می‌گیرد. فرآیند شبیه سازی از روش عمومی مونت کارلو برای محاسبه انتگرالهای چند بعدی استخراج شده است. انتگرالها در اینجا متوسطهای مکانیک آماری روی.

در زیر الگوریتم کلی برای روش مونت کارلو و دینامیک مولکولی ارائه گردیده است.