طراحی و ساخت ایمن حسگرهای الکتروشیمیایی بر پایه نانو کامپوزیت های اصلاح شده جدید

چکیده ها بخش اول: سرطان از جمله بیماری هایی است که تشخیص به موقع آن می تواند نقش کلیدی در فرایند درمان آن داشته باشد. هنگامی که تومور در بدن رشد می کند می تواند پروتئین های ویژه و مشخص را به درون سیستم گردش خون رها نماید. مقدار این پروتئین ها در سرم، بعنوان آنتی ژن های مرتبط با تومور، متناسب با مراحل مختلف رشد تومور می باشد. بنابراین از این پروتئین ها می توان بعنوان تومور مارکر، جهت تشخیص کلینیکی سرطان و همچنین پایش و ارزیابی پاسخ به درمان استفاده نمود. در سال های اخیر استفاده از ایمن حسگرهای الکتروشیمیایی برپایه ی تشکیل ایمنوکمپلکس بین آنتی بادی - آنتی ژن برای اندازه گیری های حساس، دقیق، ساده، سریع، ارزان و تکرارپذیر تومور مارکرها رشد چشمگیری داشته است. با توجه به اهمیت اندازه گیری تومور مارکرها در این پروژه ایمن حسگر الکتروشیمیایی فوق حساس بر پایه ی استفاده از نانوکامپوزیت نانولوله های کربن – مایع یونی جهت اندازه گیری تومورمارکر مخصوص پروستات طراحی و ارائه شده است. در این پروژه برای اندازه گیری تومورمارکر مخصوص پروستات از روش ساندویچی استفاده شده است که آنتی بادی دوم نشان دار شده با آنزیم هیدروژن پراکسیداز باعث تقویت سیگنال الکتروشیمیایی می شود که مقدار این سیگنال با غلظت آنتی ژن رابطه مستقیم دارد. از تکنیک ولتامتری پالس تفاضلی برای اندازه گیری غلظت های مختلف از آنتی ژن استفاده شده است. در نهایت کارایی ایمن حسگر در اندازه گیری آنتی ژن مخصوص پروستات در نمونه-های سرم خون و بافت سرطانی بیماران مبتلا به سرطان پروستات مورد بررسی قرار گرفت. کلمات کلیدی: تومور مارکر، آنتی ژن مخصوص سرطان پروستات، نانولوله های کربن، مایع یونی، تیونین، آنزیم هیدروژن پراکسیداز بخش دوم: تثبیت عامل زیستی برروی سطح الکترود از اهمیت بالایی برخوردار است و از روش های متعددی برای تثبیت عامل زیستی برروی سطح الکترود استفاده شده است. نکته مشترک بین این روش ها تلاش برای تثبیت مناسب عامل تشخیصی ( آنتی بادی، پروتئین، بافت و...) برروی سطح الکترود است. دسته متنوعی از مواد برای تثبیت عناصر تشخیصی به کار رفته اند. اخیراً استفاده از چیتوسان برای تثبیت زیست مولکول ها در زیست حسگرها و حسگرهای شیمیایی رشد چشمگیری داشته است. در این پروژه با ترکیب نانولوله های کربن، مایع یونی و چیتوسان نانو کامپوزیتی با ویژگی های منحصر بفرد جهت استفاده در ساخت ایمن حسگری برای اندازه گیری تومورمارکر مخصوص پروستات ارائه شده است. دندریمرها دسته جدیدی از مواد پلیمری با انشعاب هایی هستند که به دلیل داشتن گروه های انتهایی فعال زیاد و همچنین دارا بودن فضای خالی در میان شاخه های اتصال دهنده ی درونی، کاربردهای گوناگونی از جمله کاربرد در طراحی و ساخت زیست حسگرها پیدا کرده اند. یکی از محدودیت های استفاده از دندریمرها در ساخت زیست حسگرها هدایت پایین آن ها می-باشد. استفاده از نانوذراتی مانند طلا، پلاتین، نقره، نیکل و... در درون ساختار دندریمرها تلاش های در راستای غلبه بر این محدودیت بوده است. در این کار تحقیقاتی از دندریمر به عنوان بستری برای تثبیت آنتی بادی استفاده شده است. در مرحله اول دندریمرها تیول دار شده و سپس با نانوذرات طلا اصلاح می شوند و جهت تثبیت آنتی بادی اولیه برروی سطح الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانو کامپوزیت نانو لوله های کربن، مایع یونی و چیتوسان به منظور اندازه گیری تومورمارکر مخصوص پروستات استفاده می شوند. ایمن حسگر بر اساس روش ساندویچی طراحی شده است که آنتی بادی دوم با آنزیم هیدروژن پراکسیداز نشان دار شده است و افزایش جریان پیک کاتالیزی تیونین در اثر احیای آب اکسیژنه به عنوان سیگنال ثبت و اندازه گیری می شود. از تکنیک های ولتامتری پالس تفاضلی و امپدانس برای اندازه گیری غلظت های مختلف تومورمارکر مخصوص پروستات استفاده شده است. در نهایت ایمن حسگر برای آنالیز تومورمارکر مخصوص پروستات در نمونه های سرم خون بیماران مبتلا به سرطان پروستات استفاده شده است. کلمات کلیدی: تومور مارکر، آنتی ژن مخصوص سرطان پروستات، نانولوله های کربن، مایع یونی، چیتوسان، دندریمر اصلاح شده با نانو ذرات طلا، آنزیم هیدروژن پراکسیداز بخش سوم: کبد یکی از عضوهای حیاتی می باشد. عملیاتی در بدن نیست که کبد در آن نقش نداشته باشد. مواجهه با مواد زیان آور این عضو را در معرض انواع آسیب ها قرار می دهد. آسیب های مزمن علاوه بر اختلال در عملکرد کبد سبب افزایش احتمال ابتلا به سرطان سلول کبدی می شوند. تشخیص زود هنگام بیماری می تواند شانس علاج قطعی را بیشتر کند.آلفا فیتو پروتئین از تومورمارکرهای مهم تشخیصی است که نقش مهمی در غربالگری سرطان کبد دارد. در سال های اخیر استفاده از روش های تشخیصی حساس و انتخاب پذیر در اندازه گیری تومور مارکر آلفا فیتو پروتئین مورد توجه زیادی قرار گرفته است. با پیشرفت مواد نانو ساختار و نانوتکنولوژی، استفاده از این مواد در طراحی و ساخت ایمن حسگرها رشد چشمگیری داشته است. استفاده از برچسب در روش ساندویچی و نیاز به شکستن ایمنوکمپلکس تشکیل شده، گاها از بین رفتن توانایی الکتروکاتالیزی آنزیم و زمان بر بودن فرایندهای برچسب دار کردن از جمله محدودیت های روش ساندویچی می باشد. بنابراین جستجو و تلاش برای یافتن روش های ساده تر و ارزان تر در سال های اخیر رشد چشم گیری داشته است. اخیرا استفاده از نانوذرات فلزی در کنار ترکیبات آلی و عناصر زیستی تشخیصی مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. در بین نانو ذرات، نانوذرات طلا به دلیل ویژگی های منحصربه فرد، سازگاری مناسب با مولکول های زیستی و توانایی عامل دار شدن ساده با پروتئین ها بیشتر از سایر نانو ذرات در طراحی ایمن حسگر های الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفته اند. در این کار تحقیقاتی یک ایمن حسگر الکتروشیمیایی حساس برای اندازه گیری تومورمارکر آلفا فیتو پروتئین بر پایه ی اتصالات کووالانسی متوالی آنتی بادی به عنوان یک عنصر تشخیصی و ترکیب آلی وایولوژن به عنوان زوج ردوکس الکتروشیمیایی برروی دندریمر تثبیت شده برروی سطح الکترود طلا ارائه شده است. از وایولوژن برای اصلاح سطح الکترود طلا اصلاح شده با دندریمر اصلاح شده با نانو ذرات طلا استفاده شده است. اتصال کوالانسی وایولوژن برروی سطح، پایداری این ترکیب را افزایش داده است. از ایمن حسگر ساخته شده برای اندازه گیری تومورمارکر آلفا فیتو پروتئین استفاده شده است. با افزایش غلظت آلفا فیتو پروتئین کاهش جریان پیک وایولوژن ثبت و اندازه گیری می شود که وجود یک رابطه خطی بین افزایش غلظت آلفا فیتو پروتئین و کاهش جریان وایولوژن را تایید می کند. زمان انکوباسیون کم از ویژگی های مهم این ایمن حسگر می باشد. در ادامه از تکنیک امپدانس به عنوان یک تکنیک ساده، ارزان و بدون برچسب برای اندازه گیری غلظت های مختلف آلفا فیتو پروتئین استفاده شده است و کارایی ایمن حسگر در نمونه های سرم خون افراد مبتلا به سرطان کبد مورد بررسی قرار گرفت. کلمات کلیدی: آلفا فیتو پروتئین، دندریمر اصلاح شده با نانو ذرات طلا، وایولوژن بخش چهارم: اخیرا تلاش های زیادی جهت طراحی و ساخت ایمن حسگرهای فوق حساس برای اندازه گیری غلظت های پایین پروتئن ها صورت گرفته است. روش های تقویت سیگنال از مهم ترین این استراتژی ها در راستای تولید ایمن حسگرهای فوق حساس بوده است. به طور معمول فرایند تقویت سیگنال می تواند از طریق به کارگیری آنزیم ها حاصل شود. دسته بزرگی از آنزیم ها در ترکیب با نانو موادی مانند نانولوله های کربن، نانو ذرات و نانو میله ها جهت تقویت سیگنال به کار گرفته شده اند. گرافن از جمله نانو موادی است که استفاده از آن در طراحی و ساخت ایمن حسگرها در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته است. در این پروژه با توجه به ویژگی های منحصر به فرد گرافن از آن برای اصلاح سطح الکترود به منظور تثبیت آنتی بادی استفاده شده است. از ترکیب گرافن با چیتوسان نانوکامپوزیتی با استحکام بالا تهیه شده است که از گروه های عاملی چیتوسان برای تثبیت کووالانسی آنتی بادی برروی سطح استفاده می شود. زیست حسگرها بر اساس عامل تشخیصی ( آنتی-بادی، بافت، سلول و...) به کار برده شده در آن ها را می توان تقسیم بندی کرد. در برخی زیست حسگرها ترکیبی از آپتامر و آنتی بادی در طراحی و ساخت زیست حسگرها به کار می رود که این دسته از زیست حسگرها را ایمن حسگرهای بر پایه ی آپتامر - آنتی بادی می نامند. در این پروژه ترکیبی از آنتی بادی و آپتامر به منظور ساخت ایمن حسگر الکتروشیمیایی اندازه گیری تومور مارکر مخصوص سرطان پروستات استفاده شده است. جهت تقویت سیگنال در مرحله اول برای تثبیت آنتی بادی برروی سطح الکترود کربن شیشه ای از گرافن استفاده شده است و در مرحله بعد آپتامرهای آمین دار نشان دار شده با بیوتین بروی سطح دندریمر از طریق اتصال کووالانسی تثبیت شدند. استفاده از دندریمرها تقویت بیشتر سیگنال و افزایش حساسیت را در پی دارد. در این پروژه ایمن حسگر بر پایه ی آنتی بادی - آپتامر برای اندازه گیری تومور مارکر مخصوص سرطان پروستات به روش ساندویچی طراحی و ارائه شده است. آپتامرهای آمین دار نشان دار شده با بیوتین از طریق گروه های آمینی به-طور کووالانسی به سطح دندریمر متصل شدند و در نهایت استرپتاویدن نشان دار شده با آنزیم هیدروژن پراکسیداز به بیوتین متصل می شود. که این آپتامر جایگزین آنتی بادی دوم در روش ساندویچی شده است. افزایش جریان پیک کاتالیزی تیونین در اثر احیای آب اکسیژنه توسط آنزیم هیدروژن پراکسیداز به عنوان سیگنال آنالیزی ثبت و اندازه گیری شد. یک رابطه خطی بین افزایش غلظت تومور مارکر مخصوص سرطان پروستات و افزایش جریان احیایی تیونین وجود دارد. در ادامه از تکنیک امپدانس برای اندازه گیری غلظت های مختلف psa استفاده شده است و کارایی ایمن حسگر در نمونه های سرم خون افراد مبتلا به سرطان پروستات مورد بررسی قرار گرفت. کلمات کلیدی: تومور مارکر، آنتی ژن مخصوص سرطان پروستات، آپتامر، گرافن، بیوتین، استرپتاویدین، چیتوسان، دندریمر اصلاح شده با نانو ذرات طلا، آنزیم هیدروژن پراکسیداز بخش پنچم: بررسی بسیاری از فرآیندها در علوم زیستی نیازمند تشخیص سریع، قابل اعتماد و تکرار پذیر اثرات زیست مولکول ها با یکدیگر و همچنین با یون ها و گونه های مولکولی می باشد. تکنیک فلوئورسانس تکنیک بسیار مناسبی برای رسیدن به این اهداف می باشد. ظرفیت این روش آشکارسازی و تصویربرداری به وسیلهء خواص فیزیکی ـ شیمیایی کروموفر (گونه ی رنگی مورد استفاده) تعیین می شود. اخیرا نانوکریستال های نیمه-هادی فلوئورسانسی که به عنوان نقاط کوانتمی نیز شناخته می شوند، توجه محققین را در زمینه های بسیاری از الکترونیک تا علم مواد، علوم زیستی و پزشکی به خود معطوف ساخته است. یکی از کاربردهای مهم نقاط کوانتومی کاربرد آن ها به عنوان فلوروفور می باشد. زمانیکه یک فلوروفور در مجاورت یک نانوذره ی فلزی دارای میدان پلاسمونی قوی قرار می گیرد نشر فلورسانس به طور وسیعی دچار تغییر می شود. بهترین انتخاب برای تغییر فلورسانس در این راستا نانو ذرات فلزی هستند که یک میدان پلاسمونی قوی در اطراف آن ها ناشی از دریافت فوتون ایجاد می شود.در کاربردهای زیستی نانو ذرات طلا به دلیل بی اثر بودن شیمیایی مورد توجه ی زیادی قرار گرفته اند. در این پروژه یک ایمن حسگر فلورسانس حساس برای اندازه گیری تومورمارکر psa مبتنی بر آنتی بادی تثبیت شده بروری نقاط کوانتومی کادمیوم تلوید پوشش داده شده با l- سیستئین از طریق اتصال کووالانسی طراحی شده است. از روش ساندویچی برای اندازه گیری غلظت های مختلف تومورمارکر مخصوص پروستات استفاده شده است و آپتامر تثبیت شده برروی دندریمر نقش آنتی بادی دوم را ایفا می کند. تایید توانایی ایمن حسگر فلورسانس طراحی شده در اندازه گیری تومورمارکر مخصوص پروستات در نمونه سرم افراد بیمار مورد سنجش و ارزیابی قرار گرفت. کلمات کلیدی: فلورسانس، تومور مارکر، آنتی ژن مخصوص سرطان پروستات، دندریمر اصلاح شده با نانو ذرات طلا، آپتامر