سنتز نانوساختار زیست-الگو و نانوذرات مغناطیسی و ارزیابی کارآیی برخی از آنها در تثبیت آنزیم

کاربردهای وسیع نانومواد نیازمند سنتز نانوساختارهایی با خواص ویژه (هندسه، خواص سطح، هدایت الکتریکی و همچنین خواص مغناطیسی) می باشد. این مواد می توانند به فرم های نانوذره، نانومیله و نانوپوشش و سایر اشکال ساخته شوند. در این رساله سه رویکرد ساخت نانوذرات و کاربرد آنها مد نظر قرار گرفته است. در میان این نانوساختارها، نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن دارای کاربردهای بیشماری در تحویل داروها، روش های تشخیصی، تثبیت سلولها و آنزیمها و سیستمهای جداسازی زیستی دارند. در این رساله نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکا با روش میکروامولسیون آماده شده و توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا و طیف eds آنالیز و شناسایی شدند. نانوذرات مذکور برای سلولهای سرطانی ریه انسان و میگو سمیت نداشته و به عنوان بستر جهت تثبیت آنزیم گلوکز اکسیداز بکار گرفته شد. اتصال آنزیم به نانوساختار توسط طیف فروسرخ تایید شد. آنزیم تثبیت شده بر روی نانوذرات، 98 میلی گرم به ازای هر گرم بستر بود و مطالعات پایداری فعالیت آنزیم نشانگر وجود فعالیت 98 درصدی پس از طی 45 روز و همچنین وجود فعالیت 90 درصدی پس از 12 مرتبه استفاده پی در پی بودند. از نظر پایداری حراراتی، فعالیت آنزیم های تثبیت شده بهبود یافته و در دمای 80 درجه سانتی گراد دارای فعالیت بوده و حساسیت کمتری نسبت به ph محیط واکنش نشان می دهد. نتایج به دست آمده از این تحقیق و مخصوصا زیست سازگاری این مواد، نشانگر وجود پتانسیل بالای نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکا در زیست-پزشکی می باشد. یکی از چالشهای مهم در الکتروشیمی زیستی، دستیابی به ارتباط الکتروشیمیایی کارآمد میان الکترود و آنزیم های اکسیداسیون و احیا می باشد. در این رساله یک زیست حسگر لاکتوز الکتروشیمیایی با تثبیت سلوبیوز دهیدروژناز بر روی نانومیله های طلا ساخته شده است. نانومیله-های طلای یکدست با روش رشدهسته ای دانه ساخته شده و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی شناسایی شدند. الکترود طلا در ابتدا توسط نانومیله طلا تیمار شد و بعد آنزیم بر روی نانومیله ها از طریق تک لایه های خودآراینده تثبیت شدند. داده های به دست آمده از ولتامتری چرخه ای نشان دادند که الکترود طراحی شده نسبت به الکترود شاهد (بدون نانو میله طلا پاسخ بسیار بیشتری نسبت به لاکتوز دارد. همچنین مشاهده شد که نانومیله پوشانیده شده با 4-مرکاپتوبنزوئیک اسید (4-mba)، چگالی جریانی معادل سه برابر الکترود پوشانیده شده با 4-مرکاپتوفنل (4-mp) دارد. در چند سال اخیر استفاده از زیست الگوها برای ساخت نانوساختارها به دلیل کنترل بالا بر روی مرفولوژی و یکدست بودن نانوساختارهای ساخته شده، در تحقیقات نانوزیست فناوری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این رساله نانوساختارهای نیکلی با الگوی باکتریایی با روش رسوب دهی از طریق فعال سازی سطح باکتری ها ساخته شدند. فعالسازی سطح باکتری ها توسط واکنش آمینواسیدهای سطحی با نمک پلاتین انجام شد و واکنش ساخت نانوذره در محیط حاوی یونهای نیکل و احیا کننده دی متیل آمین بوران انجام گرفت. تغییرات سطحی در طول فرایند سنتز توسط طیف فلورسانس بررسی شد. طیف فلورسانس اسیدآمینه ترپتوفان بعد از رسوب نیکل بر روی سطح باکتری به طور کامل فرونشانی شد. آنالیز مرفولوژی در سطح باکتری با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی عبوری بررسی شد. نانوساختار مذکور پس از 20 دقیقه تحت امواج مافوق صوت نیز تخریب نشدند و همچنین ناهمواری سطح باکتری پس از رسوب نانوکلاسترهای نیکل بر روی آنها افزایش یافت. مقدار نیکل پوشش داده شده بر روی سطح باکتری از طریق مطالعات آنالیز گرماوزنی 36 درصد وزنی محاسبه شد. در انتها از این نانوساختار برای به دام اندازی باکتری هایی که پیشتر در آنها آنزیم آلفا آمیلاز بیان شده بودند، به عنوان حامل فلزی استفاده شدند.