طراحی و ساخت سنسورها و بیوسنسورهای جدید الکتروشیمیایی برای شناسایی و اندازه گیری مواد بیولوژیکی و مارکرهای زیستی

با توجه به اهمیت سنسورها و بیوسنسورها در زمینه های مختلف و به خصوص در زندگی انسان، طراحی و ساخت سنسورها و بیوسنسورهای جدید لازم به نظر می رسد. یک بیوسنسور را می توان به عنوان ابزاری که از تلفیق یک حسگر بیولوژیکی متصل به یک مبدل حاصل می شود، تعریف نمود. بیشترین کاربرد بیوسنسورها در تشخیص های پزشکی و علوم آزمایشگاهی است. بیوسنسورها دارای دو جزء اساسی هستند: سیستم تشخیص بیولوژیکی (گیرنده) و مبدل فیزیکو شیمیایی. بیوسنسورهای الکتروشیمیایی متداول ترین گروه بیوسنسورها را تشکیل می دهند. بیوسنسورها ممکن است براساس مکانیسم ویژه ماده فعال بیولوژیکی و یا نوع مبدل یا ترکیبی از این دو به انواع مختلفی تقسیم گردند. بسته به طبیعت سطح الکترد و مبدل فیزیکی، روشهای مختلفی برای تثبیت ملکولهای زیستی بر روی بسترهای مختلف به منظور ساخت بیوسنسورها وجود دارد از جمله جذب سطحی، در کپسول قرار دادن، به تله اندازی، اتصال کووالانسی و اتصال عرضی. در کار پژوهشی حاضر، در گام نخست، طراحی و ساخت بیوسنسورهایی بر پایه بافتهای گیاهی در داخل پیکره سل- ژل صورت گرفته و برای اندازه گیری ترکیبات بیولوژیکی مانند دوپامین که یک مبدل عصبی می باشد، مورد استفاده قرار گرفته است. تغییرات سطوح این ترکیب در بدن موجب بیماریهایی نظیر آلزایمر و پارکینسون شده و به دلیل اهمیت اندازه گیری این ترکیب، طراحی بیوسنسورهای جدید لازم به نظر می رسد. بسترهای مختلفی شامل بیوسنسور براساس سل- ژل بر پایه بافت گیاهی، بیوسنسوری براساس کامپوزیت بافت گیاهی- پلی پیرول فوق اکسید شده، بیوسنسور سل- ژل اصلاح شده با نانوبیوکامپوزیت براساس نانو tio2- بافت گیاهی مورد مطالعه قرار گرفتند که در همه بسترها، تثبیت بافت گیاهی مورد نظر حاوی آنزیم پلی فنل اکسیداز در درون پیکره الکترد سل- ژل انجام می گرفت. بیوسنسور براساس سل- ژل بر پایه بافت گیاهی برای اندازه گیری ترکیب دوپامین و همچنین ترکیبی از دسته آفت کشها به نام آترازین به عنوان یک ماده مضر زیستی و آلوده کننده محیط زیست مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای مختلف مانند ph، بارگیری درصد آنزیم و سرعت روبش مورد بررسی قرار گرفت. تکنیکهای آمپرومتری و کرونوآمپرومتری برای بدست آوردن میزان تاثیر غلظت و حد تشخیص و همچنین ضریب انتشار مورد استفاده قرار گرفتند. آترازین به عنوان یک بازدارنده آنزیمی در حضور آنالیت دوپامین با استفاده از بیوسنسور ذکر شده با نتایج رضایت بخشی اندازه گیری شد. به منظور بررسی کارایی بیوسنسور براساس کامپوزیت بافت گیاهی- پلی پیرول فوق اکسید شده و بیوسنسور سل- ژل اصلاح شده با نانوبیوکامپوزیت براساس نانو tio2- بافت گیاهی نیز، آنالیت دوپامین مورد اندازه گیری قرار گرفت. در این مورد نیز متغیرهای مختلفی بهینه گردید و الکتردهای مورد نظر با پایداری خوبی برای دوپامین بکار گرفته شدند. در تمامی بسترها آنالیت دوپامین در نمونه حقیقی آمپول تزریقی با نتایج قابل قبولی به کار برده شد و آترازین در نمونه فرموله شده آترازین مورد تست قرار گرفت. در گام دوم این کار پژوهشی، طراحی و ساخت سنسورهایی برپایه تثبیت لاکتات، سابستریت مربوط به آنزیم لاکتات دهیدروژناز به عنوان مارکر زیستی برای بعضی بیماریها مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، بسترهای متنوعی برای تثبیت لاکتات مورد آزمایش قرار گرفت. این بسترها عبارت بودند از الکترد مغز مداد، الکترد سل- ژل با دو کنفیگوراسیون (به صورت تثبیت در سطح الکترد و وارد کردن در داخل پیکره) و الکترد سل- ژل تیمار شده با الکتروفورز. بعد از تثبیت لاکتات، با توجه به عملکرد سنسورهای الکتروشیمیایی و تبدیل آنالیت موردنظر به محصول توسط مارکر زیستی به نام آنزیمها، اندازه گیری و تشخیص مارکرها انجام می گیرد. در تمامی بسترها آنزیم لاکتات دهیدروژناز با نتایج خوبی مورد اندازه گیری قرار گرفت و پارامترهای مختلفی مانند ph، زمان تثبیت، مقادیر آنزیم و nad+ بررسی و مقادیر بهینه آنها تعیین گردید. انتخابگری الکتردها در حضور آنزیم کلسترول اکسیداز مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج رضایت بخشی بدست آمد.