وجود فلزات سنگینی همچون کادمیوم در منابع آبی باعث بروز مشکلات زیست محیطی متعدد و تهدید سلامت عمومی شده است. در بین روش هایی مثل جذب، رسوب دهی شیمیایی، تعویض یون و اسمز معکوس، که برای حذف آلودگی های فلزی مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده از روش جذب به دلیل سادگی، هزینه کم، کارایی بالا و انعطاف پذیری در طراحی و عمل عمومیت بیشتری دارد. امروزه از جاذب هایی در مقیاس نانو به ویژه نانوذرات مغناطیسی مثل نانوذرات اکسید آهن(fe3o4) که قابلیت جداسازی مغناطیسی دارند، استفاده می شود. یکی از عوامل مهم در تعیین ظرفیت این نانوذرات، گروهای عاملی موجود بر سطح آنها می باشد. با بهره گیری از قابلیت تثبیت پروتئین بر نانوذرات می توان پروتئین های کلاته کننده فلزات سنگین، مثل متالوتیونین را بر سطح این نانوذرات تثبیت کرد و انتظار داشت که قابلت جذب فلز در آنها بهبود یابد. هدف از این تحقیق تثبیت پروتئین متالوتیونین برنج (ایزوفرم osmti-ib) بر سطح نانوذرات اکسید آهن پوشش دار شده با سیلیکا (fe3o4@sio2) و بررسی تاثیر این پروتئین بر ظرفیت جذب کادمیوم (cdcl2.h2o) توسط نانوذرات بود. ایزوفرم osmti-ib به صورت نوترکیب در باکتری تراریخت escherichia coli سویه rosetta (de3) تولید و فعال بودن پروتئین برای جذب کادمیوم به وسیله تست dtnb و اندازه گیری محتوی کادمیوم پروتئین به وسیله طیف سنجی جذب اتمی (aas) تائید شد. به منظور تثبیت پروتئین از نانوذرات آمین دار شده به وسیله ان - (2-آمینو اتیل) -3- آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان (eds) استفاده شد. بعد از فعال سازی سطح نانوذرات آمین دار شده به وسیله گلوتارآلدئید، پروتئین به صورت کوالانسی بر سطح نانوذرات تثبیت و درصد ظرفیت بارگذاری پروتئین (w/w%) بر نانوذرات 5/1 ± 4/40 % محاسبه شد. بعد از قرار دادن نانوذرات حاوی پروتئین و نانوذرات بدون پروتئین به مدت دو ساعت در معرض کادمیوم مقدار باقیمانده کادمیوم با طیف سنجی جذب اتمی اندازه گیری و ظرفیت جذب این نانو ذرات محاسبه شد. مقایسه ظرفیت جذب کادمیوم بر نانوذرات حاوی پروتئین و نانوذرات بدون پروتئین نشان داد که نانوذرات حاوی پروتئین به دلیل دارا بودن مقادیر بیشتری از جایگاه های اتصال کادمیوم ظرفیت جذب بیشتری داشتند. در نانوذرات بدون پروتئین کئوردیناسیون بین یون کادمیوم و گروه آمین عامل جذب کادمیوم بر سطح نانوذرات بود و در نانوذرات حاوی پروتئین، گروه های تیول موجود در پروتئین، یون های کادمیوم را از طریق پیوندهای مرکاپتیدی جذب کردند. تاثیر زمان بر مقدار جذب نشان داد که با افزایش زمان در هر دو نانوذره ظرفیت جذب افزایش یافت. در این رابطه بررسی مدل های سینتیکی فرآیند جذب نشان داد که در هر دو جاذب، فرآیند جذب به وسیله مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم کنترل گردید. بررسی اثر غلظت اولیه کادمیوم بر ظرفیت جذب نشان داد که با افزایش غلظت، ظرفیت جذب تا حدی که نانوذرات به حد اشباع درآیند، افزایش یافت. بررسی مدل های ایزوترم نشان داد که مدل لانگمیر با داده های آزمایشگاهی توافق بهتری داشت و با استفاده از این مدل مقدار حداکثر ظرفیت جذب نانوذرات حاوی پروتئین و نانوذرات بدون پروتئین به ترتیب mg/g 88/474 و mg/g 8/315 محاسبه شد. بررسی تاثیر ph بر ظرفیت جذب نانوذرات نشان داد که در هر دو نانوذره با کاهش ph ظرفیت جذب کاهش یافت که علت آن افزایش h+ و در نتیجه افزایش فرم پروتونه گروهای آمین و گروهای تیول و همچنین رقابت بین h+ و cd2+ برای اتصال به سطوح جذب بود. بررسی قابلیت بازیابی و استفاده مجدد از نانوذرات نشان داد که نانوذرات حاوی پروتئین بعد از سه مرتبه استفاده مجدد، بیش از 70 % از فعالیت اولیه خود را حفظ کردند و این مقدار کاهش فعالیت می توانست مربوط به تغییر در ساختمان پروتئین یا از دست رفتن نانوذرات حین مراحل بازیابی باشد. این بررسی در نانوذرات بدون پروتئین نشان داد که این ذرات بعد از چهار مرتبه استفاده مجدد، بیش از 70 % از فعالیت اولیه خود را حفظ کردند. کاهش ظرفیت جذب در این ذرات می توانست مربوط به جداشدن پوشش سیلیکا یا از دست رفتن نانوذرات حین مراحل بازیابی باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که تثبیت ایزوفرم osmti-ib متالوتیونین بر سطح نانوذرات ظرفیت جذب در این نانوذرات را بهبود بخشید.

وجود فلزات سنگین در منابع آبی یک مسئله¬ی بسیار مهم می¬باشد که توجه بسیاری از زیست-شناسان را به خود معطوف داشته است. اهمیت مسئله از آنجا مشخص¬ می¬شود که پژوهشگران سال هاست به دنبال راه کار برای حذف این آلودگی¬ها می¬باشند. در بین روش¬های ارائه شده توسط محققین فرآیند جذب به دلیل سادگی، هزینه کم، انعطاف پذیری و کارایی بالا، عمومیت بیشتری دارد. دراین تحقیق، ژن زیرواحد پیلی هیبرید csth::cbm جاذب فلزات سنگین در حامل بیانی pet-26b(+) همسانه¬سازی شد. بعد از همسانه سازی و تاییدهای آن، پروتئین مدنظر در باکتری بیانی e. coli bl21 بیان شد. بیان پروتئین به صورت اینکلوژن بادی در این سامانه با آنالیز وسترن بلات تایید شد. سپس چند عامل تاثیر گذار در جداسازی اینکلوژن بادی مورد بررسی قرار گرفت. با نتایج بدست آمده، پروتئین مدنظر تا 86% جداسازی شد. با توجه به نتایج مطالعات قبلی روی جذب فلزات سنگین توسط این پروتئین در سطح سلول امکان استفاده از آن در طراحی و توسعه سیستم های حذف فلزات سنگین از آب¬های آلوده وجود دارد. به منظور بهبود ویژگی¬های جذب فلز سنگین پروتئین csth38::cbm، این پروتئین بر روی نانوذرات¬ مغناطیسی با پوشش سیلیکا تثبیت شد. نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکا، نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکای آمینه شده و نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکای حاوی پروتئین از نظر میزان جذب فلز سنگین مورد آزمایش قرار گرفتند. نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکا ظرفیت جذب فلز کادمیوم را نداشتند ولی بررسی ایزوترم جذب فلز کادمیوم توسط دو نوع نانوذره¬ی دیگر مشخص کرد که هر دو برای جذب کادمیوم با ایزوترم جذب لانگمویر، تطابق بیشتری دارند. حداکثر میزان جذب فلز کادمیوم برای نانوذرات مغناطیسی با پوشش سیلیکای آمینه و نانوذرات حاوی پروتئین به ترتیبmg/g 50/204 و mg/g 42/305 محاسبه شد. قابلیت استفاده¬ی مجدد نانوذرات به عنوان یک ویژگی اقتصادی نیز برای این جاذب¬ها مورد بررسی قرار گرفت. حفظ بیش از 70% از فعالیت اولیه نانوسیستم طراحی شده بعد از چهار بار استفاده ، مزیت دیگر این جاذب بود.