زیست سنتز تقلیدی نانوذرات اکسید کبالت با استفاده از آپوفریتین و کاربردهای آن

د-موضوع پایان نامه( شرح و بیان مساله): فناوری نانو با مطالعه و کاربرد موادی که حداقل از یک بعد کوچک تر از 100 نانومتر باشند سروکار دارد. این فناوری شامل دست کاری و ساخت مواد و ابزارهایی در مقیاس نانو می باشد. با توجه به آن که در این مقیاس، دیگر قوانین عادی فیزیک و شیمی صدق نمی کنند، ظرفیت بسیار زیادی برای تولید مواد جدید وجود دارد، به طوری که می توان ازساختارهای نانو در پزشکی و زیست شناسی (morrissey et al., 2003)، کشاورزی، محصولات خانگی، ارتباطات و به طور کلی در صنعت (kirimura et al., 2005; mayes et al., 2003)، استفاده کرد. یکی از ساختارهای اساسی و مورد نیاز در زمینه نانو نکنولو‍‍ژی و فناوری نانو، نانوذرات مغناطیسی می باشد. همه مواد در مقیاس نانو خواصی متفاوت از خود بروز می دهند که مواد مغناطیسی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. در واقع خاصیت مغناطیسی از جمله خواصی است که به تا حد زیادی به اندازه ذرات وابسته است. به عنوان مثال، در مواد فرومغناطیس وقتی اندازه ذره از یک حوزه مغناطیسی منفرد کوچک تر گردد، پدیده سوپرپارامغناطیس به وقوع می پیوندد. نانوذرات مغناطیسی کاربردهای زیادی در پزشکی و زیست شناسی دارند. چنانکه امروزه از این ساختارهای نانو، جهت سم زدایی از سیال های بیولوژیکی (kronike et al., 1986)، انتقال کنترل شده داروهای ضد سرطان (banerjee et al., 2008)، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (hsiao et al., 2007)، انتقال پروتئین و ژن (mcbain et al., 2008)، شیمی درمانی (alexiou et al., 2007)، جداسازی های سلولی و نشان دار کردن سلول های ویژه (ge et al., 2009) استفاده های زیادی می-شود . همچنین مواد در ابعاد نانو می توانند کاتالسیت های خوبی باشند، زیرا کاتالسیت های خوب نسبت سطح به حجم بالایی دارند. سنتز نانوذرات با استفاده از روش های مختلف برپایه فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انجام می شود. در این فرایندها نانوذرات در یک محیط آزاد از قبیل خلأ یا در مایعات رشد می کنند، بنابراین نانوذرات با توزیع اندازه یکسان و همگن بدست نمی-آید. برای سنتز نانوذرات با توزیع اندازه یکسان, یک الگوجهت تنظیم و کنترل رشد اندازه ذرات لازم است. برای این کار می توان از قفس ها و حفرات و منافذ تشکیل شده در برخی پروتئین ها به عنوان محفظه واکنش در سنتز نانوذرات استفاده کرد. در این روش، قشر پروتئینی به عنوان یک عامل محدودکننده در رشد ذرات و به عنوان یک پوشش در جلوگیری از اتصال و انعقاد بین نانوذرات عمل می کند. از الگوهای زیستی مورد استفاده در سنتز نانوذرات می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1) پروتئین های چپرونینی از قبیل، groel استخراج شده از سلول های :escherichia coli قطر مرکزی 5/4 نانومتر (ishii et al., 2003). 2) ویروس هایی از قبیل، ویروس زرد خالدار لوبیا چشم بلبلی ‍:(copwea chlorotic mottle virus) ccmv قطر 31 نانومتر و دارای زیر 180واحد (douglas et al., 2002) 3) برخی از باکتری ها و شبه ویروس ها 4) پروتئین های متصل شونده به dnaاستخراج شده از سلول های:escherichia coli قطر خارجی 9 نانومتر و قطر داخلی 5/4 نانومتر، دارای 12 زیرواحد (yoshimura et al., 2006) 5) آپوفریتین با منشا انسانی (human apoferritin) یا با منشا طحال اسبی:(horse spleen apoferritin) قطر خارجی 12 نانومتر و قطر داخلی 8 نانومتر، دارای 24 زیرواحد(karmer et al., 2004) 6) پروتئین کوچک شبه فریتین (ferritin liked protein)از باکتری :listeria innocua قطر5/8 نانومتر و دارای 12 زیرواحد (allen et al., 2002) ما در این مطالعه از قفس پروتئینی آپوفریتین استخراج شده از طحال اسب جهت سنتز نانوذرات مغناطیسی اکسید کبالت استفاده می کنیم. این پروتئین می تواند ph درمحدوده 10-2 ودمای 70 درجه سانتیگراد را بهتراز سایر پروتئین ها تحمل می کند، در نتیجه از پایداری بالایی برخوردار می باشد. بر خلاف ویروس ها ضرری برای سلامتی فرد ندارد و از قیمت مناسبی هم برخوردار است. هنگامی که از این پروتئین به عنوان الگویی جهت سنتز استفاده می شود، نانوذرات تشکیل شده در قفس این پروتئین، از لحاظ مورفولوژی و اندازه همسان می باشند. از آنجا که حداکثر اندازه نانوذراتی که در این روش تولید می شود 8نانومتر است (اندازه قطر قفس 8نانومتر)، کاربرهای زیادی در صنعت و پزشکی دارد. نقش فیزیولوژیک فریتین، ذخیره آهن می باشد. اندازه قطر خارجی فریتین 12نانومتر و قطر داخلی 8 نانومتر می باشد و دارای 24 زیرواحد می باشد که از طریق غیر کوالان با هم ارتباط دارند. زیر واحدهای تشکیل دهنده آن از دو نوع مختلف h و l می باشد. زیرواحد h دارای مرکز فروکسیدازی می باشد، که fe(ii) را به fe(iii) تبدیل می کند. یون های fe(ii) از طریق کانال های آبدوست حول محور تقارن 3بعدی از بیرون وارد این قفس می شوند. زیر واحد نوع l در ساختار خود حاوی تعداد زیادی از ریشه های امینواسیدهای اسیدی گلوتامات و اسپارتات می باشد که در ایجاد مراکز هسته زایی جهت اتصال یون های fe(iii) نقش دارند. در نهایت کانی فری هیدرات) (feoohبا قطر تقریبی 8 نانومتر در قفس پروتئین تشکیل می شود. حال ما می توانیم از مکانیسم فیزیولوژیک فریتین، جهت سنتز نانوذرات اکسید کبالت الگوبرداری کنیم. در این واکنش یون های 2 ظرفیتی کبالت co(ii) از طریق کانال های آبدوست وارد قفس می شوند، و توسط عامل اکسید کننده خارجی، اکسید شده و به کبالت co(iii) تبدیل می شوند. سپس کبالت co(iii) از طریق نیروی جاذبه الکتروستاتیک به مراکز هسته زایی متصل می شود. سپس این مراکز در یک فرایند خودبخودی رشد کرده و در نهایت مرکز اکسیدکبالت به قطر تقریبی 8 نانومتردرقفس پروتئین تشکیل می-گردد. . -پیشینه ی موضوع (مطالعات و تحقیقاتی که در باره ی این موضوع صورت گرفته است وذکر نتایج بدست آمده از آن ها): 1) سنتز نانوذرات ایندیوم با استفاده از قفس پروتئینی آپوفریتین توسط اکادا و همکارانش (okuda et al., 2005) 2) سنتز نانوذرات اکسید منگنز با استفاده از قفس پروتئینی آپوفریتین توسط ملدرم و همکارانش (meldrum et al., 1995) 3) سنتز نانوذرات سولفید کادمیم با استفاده از قفس پروتئینی آپوفریتین توسط وانگ و همکارانش (wong et al., 1996) 4) سنتز نانوذرات کبالت-پلاتین با استفاده از قفس پروتئینی آپوفریتین توسط وارن و همکاران (warne et al., 2000) 5) سنتز نانوذرات نیکل و کرومیوم با استفاده از قفس پروتئینی آپوفریتین توسط آکادا و همکارانش(okuda et al., 2003) 6) سنتز نانوذرات پالادیم با استفاده از قفس پروتئینی آپوفریتین توسط ینو و همکارانش (ueno et al., 2004) 7) استفاده از نانوذرات اکسید آهن سنتز شده در قفس پروتئینی آپوفریتین جهت تصویربرداری رزونانس مغناطیس هسته در سلول های ماکروفاژ توسط یوشیدا و همکارانش (ushida et al., 2008) 8) استفاده از سلنید کادمیم سنتز شده در قفس پروتئینی آپوفریتین جهت ساخت قطعات نیمه رسانا و به عنوان ابزاری برای ذخیره و حفظ اطلاعات توسط یاماشیتا و همکارانش (yamashita et al., 2005) 9) استفاده از نانوذرات نیمه هادی سنتز شده در قفس پروتئینی جهت ساخت قطعات الکترونیکی توسط میورا و همکارانش (miura et al., 2006) 10) 2006 استفاده از نانوذرات فسفاته سنتز شده در قفس پروتئینی آپوفریتین به عنوان نشانگر در ایمونواسی الکتروشیمیایی توسط لین و همکارانش (liu et al., 2006) 5-اهداف پایان نامه: 1) سنتز نانوذرات اکسید کبالت در قفس پروتئینی آپوفریتین در حضور یون های نمکی و عامل اکسید کننده 2) بررسی سنتز نانوذرات با استفاده از تکنیک های اسپکتروسکوپی و میکروسکوپی 6-اهمیت? ارزش وکاربرد نتایج پایان نامه: می توان از کمپلکس پروتئین-نانوذرات تشکیل شده در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، تولید قطعات نانوالکترونیک، ایمونواسی، و جدا کردن سلول های ویژه استفاده کرد. و همچنین به عنوان حسگر زیستی جهت شناسایی و تعیین غلظت مواد زیستی وشیمیایی استفاده کرد. 7- فرضیه ها(در صورت لزوم) یا سوال های تحقیق: 1) آیا نانوذرات تشکیل شده درقفس پروتئین از اندازه یکسان برخوردارند؟ 2) آیا نانوذرات تشکیل شده درقفس پایدارند؟ 8- روش تحقیق(در صورت لزوم به یکی از موارد به شرح ذیل پاسخ داده شود): 8-1) نوع مطالعه و روش بررسی فرضیه ها و یا پاسخگویی به سوالات (توصیفی، تجربی، تحلیل محتوا،اسنادی ،تاریخی و...): 1) سنتز نانوذرات مغناطیسی در حضور یون های نمکی و عامل اکسید کننده 2) استفاده از تکنیک های اسپکتروسکوپی ازقبیل اسپکتروسکوپی uv-vis جهت بررسی سنتز نانوذرات 3) بدست آوردن اندازه و مورفولوژی ذرات تولید شده توسط میکروسکوپ انتقال الکترونی 10- منابع و مآخذ( با شناسنامه ی کامل) : alexiou. c., jurgons. r., seliger. c., brunke. o., iro. h., odenbach. s; anticancer res, 27 (2007) 2019. allen. m., willits. d., mosolf. d., young. j., douglas. m; t. adv. mater, 14 (2002) 1562. banerjee. s.s., chen. d; nanotechnology, 19 (2008) 265602. douglas. t., strable. e., willits. d., aitouchen. a., libera. m., young. m; adv. mater, 14 (2002) 415. ge. y., zhang. y., he. s., teng. g., gu. n; nanoscale. res. lett, 4 (2009) 287. hsiao. j.k., tai. m.f., chu. h.h., chen. s.t., li. h., lai. d.m., hsieh. s.t., wang. j.l., liu. h.m; magn. reson. med, 58 (2007) 717. ishii. d., kinbara. k., ishii. n., okochi. m., yohada. m., aida. t; nature, 423 (2003) 628. karmer. r.m., li. c., carter. d.c., stone. m.o., naik. r.r; j. am. chem. soc, 126 (2004) 13282. kirimura. h., uraoka. y., fuyuki. t., okuda. m., yamashita. i; appl. phys. lett, 86 (2005) 262106. kronicke. p., gilpin. r.w., simon. c; j. biochem. biophys, 12 (1986) 73. liu. g., wu. h., wang. j., wang. y; small, 2 (2006) 1139. mayes. e., bewick. a., gleeson. d., hoinville. j., jones. r., kasyuich. o., nartowski. a., warne. b., wiggins. j., wong. k.k.w; ieee. trans. magn, 39 (2003) 624. miura. a., hikono. t., mastsumura. t., yano. h., hatayma. t., uraoka. y., hikono. t., matsumura. t; jpn. j. appl. phys, 45 (2006) 1. morrissey. j.m., taylor. k.d., gilman. s.d; ultrasound med, 29 (2003) 1799. okuda. m., iwahori. k., yamashita. i., yoshimura. h; bitech. bioeng, 84 (2003) 355. okuda. m., kobayashi. y., suzuki. k., sonoda. k., kondoh. t., wagawa. a., kondo. a., yoshimura. h; nano. lett, 5 (2005) 991. uchida. m., terashima. m., cunningham. h., suzuki. y., willitis. d.a., willis. a.f., young. c., tsao. s., mcconnell. m.v., cherry. r.j., bjornsen. a.j., zapien. d.c; langmuir, 14(2008) 1971. ueno. t., suzuki. m., goto. t., matsumoto. t., nagayama. k., watanabe. y; angew. chem. int. ed, 43 (2004) 2527. warne. b., kasyuich. o.i., mayes. e.l., wiggins. j.a.l., wong. k.k.w; ieee. trans. magn, 36 (2000) 3009. wong. k.k.w., mann. s; adv. mater, 8 (1996) 928. yamashita. i; mater. res. soc. symp. proc, 873e (2005) k5.1.1. yoshimura. h; colloids and surfaces a: physicochem. eng. aspects, 282 (2006) 464. 11- جدول زمانی و مراحل اجراء: مطالعات کتابخانه ای و اینترنتی: 3ماه انجام کار عملی در آزمایشگاه: 15ماه تدوین پایان نامه: 2ماه 12- فهرست مواد ? لوازم و تجهیزات مورد نیاز: مواد: آپوفریتین، بافر هپس ((4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid، الکترود طلا، نمک کبالت، کلرید سدیم و آب دیونیزه دستگاه ها: دستگاه اسپکتروسکوپی uv-vis، دستگاه اسپکتروسکوپی ir، phمتر، دستگاه ولتامتری