طراحی و ساخت تعدادی نانوبیو حسگر الکتروشیمیایی جدیدdna و بررسی برخی ویژگی ها و کاربردهای بیولوژیک آنها

استفاده از ساختارهای نانومتری با توجه به خصوصیات مناسبی که دارند در تهیه زیست حسگرهای شیمیایی و زیستی، امروزه بسیار مورد توجه است. بر همین اساس در این تحقیق برای تهیه و مطالعه زیست حسگرها سعی در ساخت و تهیه آن با استفاده از مواد در ابعاد نانومتری به عمل آمد. در کار اول، فیلم پلیمری پلی پیرول با ساختار نانو فیبر با استفاده از سنتز الکتروشیمیایی، بر روی سطح الکترود پلاتین تهیه شد. برای این کار از روش ولتامتری پالس نرمال استفاده شد. مورفولوژی سطح اصلاح شده با تکنیک میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. از روش های ولتامتری چرخه ای، اسپکتروسکپی امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری پالس تفاضلی برای مطالعه چگونگی سنتز پلی پیرول و تثبیت dna، استفاده شد. به منظور تثبیت بهتر dna روی بستر پلی پیرول، ابتدا سطح مذکور فوق اکسید شد. تثبیت dna بر اساس روش جذب سطحی و پیوند الکترواستاتیک میان بار منفی گروه های فسفات dna و بار مثبت پلی پیرول فوق اکسید شده (ppyox) انجام شد. برهمکنش dna با سالیسیلیک اسید (sa) وآسپیرین (asa) با تکنیک ولتامتری پالس تفاضلی در سطح الکترود اصلاح شده، مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که با افزایش غلظت سالیسیلیک اسید و آسپیرین مقدار جریان های اکسایش گوانین کاهش می یابد که نشانه برهمکنش dna با آنها می باشد. برهمکنش بین dna و لیگاندها از مدل ایزوترم اشباع اسکاچارت تبعیت کرد. ثابت تشکیل پیوند و تعداد سایت های پیوند داده شده در مولکول dna با استفاده از روابط مدل اسکاچارت محاسبه گردید. مقدار ثابت پیوند m 104×15/1 برای سالیسیلیک اسید و m 105×46/7 برای آسپیرین بدست آمد. نتایج نشان دادند که به ازای هر ده مولکول dna 8 مولکول سالسیلیک اسید و 6 مولکول آسپیرین با آن واکنش می دهند. سالیسیلیک اسید برهمکنش قویتری نسبت به آسپیرین با dna دارد که این اختلاف در برهمکنش به وجود گروه استیل و اثر ازدحام فضایی آن در ساختار آسپیرین برای وارد شدن در شیارهای dna نسبت داده می شود. همچنین، نانوزیست حسگر سنتز شده دارای گستره خطی 7/0 تا 4 میکرومولار (996/0 = r2) و حد تشخیص 1-10×59/8 میکرومولار برای سالیسیلیک اسید و گستره خطی 1/0 تا 5/1 میلی مولار (992/0 = r2) و حد تشخیص 08/0 میلی مولار برای آسپیرین می باشد. در کار دوم، الکترود اصلاح شده با نانولوله های کربنی چند دیواره ای (mwcnt) بر سطح الکترود کربن شیشه ای تهیه شد که از آن برای مطالعات تثبیت الکتروشیمیایی gdna و برهمکنش آن با اتیدیوم بروماید استفاده شد. برای این منظور بر روی نانولوله های کربنی چند دیواره ای (mwcnt) پیش آماده سازی توسط رفلاکس محلول مخلوط اسید نیتریک – اسید سولفوریک صورت گرفت که گروه عاملی کربوکسیلیک اسید بر روی دیواره آن تشکیل گردد. الکترود تهیه شد و جهت اکسیداسیون بیشتر سطح نانولوله های کربنی عامل دار شده مجددا توسط روش اعمال پتانسیل الکتروشیمیایی اکسید گردید. از ترکیب کمپلکس [ru(nh3)6] 3+ به عنوان پروب و شناساگر در آزمایش های ولتامتری چرخه ای و از جفت ردوکس [ru(nh3)6] 2+/3+ در آزمایش های امپدانس استفاده گردید. مورفولوژی سطح با استفاده از عکسبرداری میکروسکوپ الکترونی بررسی شد. ساختار dna چهار رشته ای g-quadruplex (gdna) برای تثبیت استفاده شد و با استفاده از آزمایش های اسپکتروسکپی cd تشکیل شدن آن و تغییر ساختار dna و اثر پروب بر ساختار gdna مورد بررسی قرار گرفت. سطح الکترود اصلاح شده با ترکیب اتصال دهنده جانبی edc تیمار گردید و مولکول gdna با تشکیل پیوند آمید بین گروه آمینی gdna و کربونیل edc بر روی سطح الکترود تثبیت شد. از روش های ولتامتری چرخه ای، اسپکتروسکپی امپدانس الکتروشیمیایی و اسپکتروسکپی cd برای مطالعه سیستم و برهمکنش بین gdna و اتیدیوم بروماید استفاده شد. برهمکنش بین gdna و اتیدیوم بروماید، اسپرمین و اسپرمیدین بر روی سطح الکترود بررسی گردید. مشاهده شد در آزمایش های ولتامتری چرخه ای با افزایش غلظت اتیدیوم بروماید مقدار جریان های آندی و کاتدی پروب کاهش می یابد که نشانه برهمکنش gdna با آن است. همچنین، آزمایش های امپدانس نشان داد که با افزایش غلظت اتیدیوم بروماید میزان مقاومت انتقال بار افزایش می یابد. داده های بدست آمده از cd نیز وجود این برهمکنش را تایید نمودند بطوریکه با افزایش غلظت اتیدیوم بروماید میزان سیگنال های پیک مثبت gdna کاهش می یابد و همچنین نشان دادند که اتیدیوم بروماید سبب تغییر ساختاری در gdna نمی شود. مقدار ثابت پیوند m-1 105×06/1 برای این برهمکنش محاسبه گردید. گستره خطی 5/1 تا 200 میکرومولار (989/0=r2) و حد تشخیص 2-10×24/3 میکرومولار برای اتیدیوم بروماید بدست آمد. در ادامه، برهمکنش بین gdna و پلی آمین های اسپرمین و اسپرمیدین بررسی شد. نتایج نشان داد که در آزمایش های ولتامتری چرخه ای با افزایش اسپرمین و اسپرمیدین مقدار جریان های آندی و کاتدی پروب کاهش می یابد که نشانه برهمکنش gdna با آنها است. همچنین، آزمایش های امپدانس نشان داد که با افزایش غلظت اسپرمین و اسپرمیدین میزان مقاومت انتقال بار افزایش می یابد. داده-های بدست آمده از cd نیز وجود برهمکنش بین این دو لیگاند و gdna را نشان دادند. مشاهده شد با افزایش غلظت اسپرمین و اسپرمیدین میزان سیگنال های پیک مثبت gdna کاهش می یابد و برهمکنش اسپرمین و اسپرمیدین سبب تغییر ساختاری در gdna نمی شود. نتایج نشان دادند که ترکیب اسپرمین دارای مقدار ثابت پیوند m-1 103×64/7 و اسپرمیدین دارای مقدار ثابت پیوند m-1 103×41/4 با gdna است. طبق این نتایج اسپرمین دارای برهمکنش قویتری نسبت به اسپرمیدین با gdna است. گستره خطی از 3/0 تا 84 میکرو مولار با ضریب همبستگی (r2) 994/0و حد تشخیص 2-10×34/1 میکرو مولار برای اسپرمین و گستره خطی از 1/0 تا 32 میکرو مولار با ضریب همبستگی (r2) 993/0و حد تشخیص 2-10×29/2 میکرو مولار برای اسپرمیدین بدست آمد. با توجه به کل نتایجی که از مقادیر ثابت تعادل بدست آمد می توان از آن یک الگوی پیشنهادی برای برهمکنش سایر ترکیبات با gdna استفاده نمود.