3-1- تهيه گرافن اکسيد از گرافيت47
3-2- بررسي طيف UV-Vis گرافن اکسيد48
3-3- تفسير طيف IR گرافن اکسيد49
3-4- بررسي تصوير TEM گرافن اکسيد49
3-5- انتخاب بيومارکر سرطان ريه50
3-6- تفسير طيف‌هاي نشري53
3-6-1- بررسي طيف فلوئورسانس DNA پروب53
3-6-2- بهينه‌سازي زمان جذب DNA پروب بر سطح GO54
3-6-3- بهينه‌سازي مقدار GO در حضور DNA پروب56
3-6-4- بررسي طيف فلوئورسانس کمپلکس DNA-GO پروب در حضور DNA هدف (DNA سالم)57
3-6-5- بهينه‌سازي زمان هيبريد شدن DNA هدف با DNA پروب در حضور GO58
3-6-6- بررسي تغييرات شدت فلوئورسانس کمپلکس DNA-GO پروب در حضور غلظت‌هاي مختلف DNA هدف60
3-6-7- بررسي طيف‌ فلوئورسانس DNA-GO پروب در حضور mDNA (DNA جهش‌دار)62
3-7- شناسايي سرطان ريه63
3-8- نتيجه‌گيري65
3-9- پيشنهادات66
منابع67
فهرست اشکال
عنوانصفحه
شکل1-1 تصوير SEM نانو سيم‌هاي سيليکا8
شکل1-2 پروتکل استفاده شده در روش حاضر8
شکل1-3 ولتاگرام ثبت شده براي نمونه‌هاي بدون آنتي ژن (قرمز) و داراي آنتي ژن (سبز)10
شکل1-4 حسگرهاي بر پايه‌ي نانوذرات طلا11
شکل1-5 پاسخ حسگرها به نمونه‌هاي سرطاني و سالم12
شکل1-6 پاسخ حسگرها به چهار تا از بيومارکرهاي سرطان ريه در غلظت‌هاي مختلف و آب13
شکل1-7 نحوه تشکيل نانولوله‌هاي کربني از صفحات گرافن14
شکل1-8 نانولوله‌هاي کربني تک ديواره (SWCNT)14
شکل1-9 نانولوله‌هاي کربني چند ديواره (MWCNT)15
شکل1-10 فرآيند عامل‌دار شدن نانولوله‌هاي کربني تک ديواره15
شکل1-11 .a تصوير SEM نانولوله‌هاي عامل‌دار شده، .bبرش عرضي الکترود ID16
شکل1-12 طرح کلي از دستگاه تست16
شکل1-13 نحوه‌ي تشکيل نانو کامپوزيت‌هاي Fe3O4/CdSe-CdS/APS18
شکل1-14 نحوه‌ي طراحي حسگر ECL19
شکل1-15 MNP/CdSe-CdS (a (b MNP/CdSe-CdS/APS (c MNP/CdSe-CdS/APS/Au NPs20
شکل1-16 منحني کاليبراسيون استاندارد براي شناسايي آنتي‌ژن CEA21
شکل1-17 گرافن22
شکل1-18 A. فولرن، B. نانولوله‌هاي کربني تک جداره، C. گرافن، D. گرافيت23
شکل1-19 مدل‌هاي ساختاري پيشنهادي براي GO26
شکل1-20 مدل ساختاري لرف – کلي‌نوسکي27
شکل1-21 اتصال الکتريکي پروتئين‌ها به وسيله‌ي GO در الکتروشيمي.29
شکل1-22 روش تثبيت پپتيد بر سطح GO30
شکل1-23 شناسايي کاسپاز3 با استفاده از نانوهيبريد گرافن اكسيد- پپتيد31
شکل1-24 نحوه‌ي تشکيل کمپلکس Ab-DNA-AuNP32
شکل1-25 حسگر زيستي بر پايه‌ي GO.32
شکل1-26 نحوه‌ي شناسايي چند DNA هدف33
شکل1-27 طيف فلوئورسانس اسکن همزمان34
شکل1-28 a. طيف فلوئورسانس اسکن همزمان در حضور غلظت‌هاي مختلف DNAهاي هدف، منحني‌هاي کاليبراسيون براي تعيين کمي غلظت DNA ويروس‌هاي b. ايدز c. آبله d. ابولا35
شکل1-29 نحوه‌ي شناسايي DNA با استفاده از GO36
شکل1-30 طيف نشري فلوئورسانس P1 در شرايط مختلف P1 (aدر حضور بافر Tris-HCl37
شکل1-31 طيف نشري فلوئورسانس آپتامر- GO در حضور غلظت‌هاي مختلف ترومبين38
شکل3-1 تبديل گرافيت به گرافن‌اکسيد47
شکل3-2 طيف UV-Vis گرافن اکسيد48
شکل3-3 طيف IRگرافن اکسيد49
شکل3-4 تصوير TEM گرافن اکسيد50
شکل3-5 ژن‌هاي بيومارکر رايج در سرطان ريه از نوع NSCLC51
شکل3-6 جهش‌هاي ژن egfr و فراواني آن‌ها53
شکل3-7 طيف فلوئورسانس DNA پروب و DNA+GO پروب54
شکل3-8 طيف فلوئورسانس DNA پروب در حضور GO در زمان‌هاي مختلف55
شکل3-9 نمودار تغييرات شدت فلوئورسانس DNA+GO پروب برحسب زمان56
شکل3-10 طيف فلوئورسانس DNA پروب در حضور حجم‌هاي مختلف GO (با غلظت mgml-1 1)57
شکل3-11 نمودار تغييرات شدت فلوئورسانس DNA+GO پروب برحسب حجم GO 57
شکل3-12 طيف فلوئورسانس GO+ DNAپروب وDNA هدف +GO+DNA پروب58
شکل3-13 طيف فلوئورسانس DNA-GO پروب در حضور DNA هدف در زمان‌هاي مختلف59
شکل3-14 نمودار تغييرات شدت فلوئورسانس DNA-GO پروب در حضور DNA هدف برحسب زمان60
شکل3-15 طيف فلوئورسانس DNA-GO پروب در حضور غلظت‌هاي مختلف DNA هدف61
شکل3-16 نمودار تغييرات شدت فلوئورسانس DNA-GO پروب برحسب غلظت‌ DNA هدف61
شکل3-17 نمودار تغييرات شدت فلوئورسانس DNA-GO پروب برحسب غلظت‌ DNA هدف در غلظت‌هاي کمتر از 40 پيکومولار62
شکل3-18 طيف فلوئورسانس mDNA +GO+DNA پروب و GO+DNA پروب63
شکل3-19 پاسخ نانوحسگر زيستي به DNA هدف (DNA سالم) و mDNA (DNA جهش‌دار)64
شکل3-20 مقايسه‌ شدت نشر فلوئورسانس DNA-GO پروب در حضور دو DNA (سالم و جهش‌دار)64

فصل اول: مقدمه و بررسي منابع

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

1-1- سرطان ريه
سرطان يك بيماري ژنتيكي است و در اثر رشد و تقسيم غيرقابل كنترل سلول‌ها در قسمتي از بدن بوجود مي‌آيد كه نتيجه‌ي اثر عوامل محيطي و اختلالات ژنتيكي است. به عبارت ديگر سرطان در اثر يك سري جهش‌هاي متوالي در ژن‌هاي انسان اتفاق مي‌افتد. امروزه بيش از 200 نوع سرطان وجود دارد که يکي از شايع‌ترين نوع آن سرطان ريه است.
سرطان ريه دومين سرطان رايج در بين زنان و مردان است و يکي از قابل‌پيشگيري‌ترين انواع سرطان مي‌باشد. بطور کلي دو نوع سرطان ريه وجود دارد:
1) سرطان ريه با سلول‌هاي کوچک1 (SCLC)
2) سرطان ريه با سلول‌هاي غيرکوچک2 (NSCLC)
که نحوه‌ي رشد و انتشار هر دو در بدن و نيز روش درمان آن‌ها متفاوت است. انواع سرطان ريه براساس نماي ظاهري سلول‌ها زير ميکروسکوپ طبقه‌بندي مي‌شوند. سرطان ريه با سلول‌هاي غيرکوچک (NSCLC) نيز به سه دسته تقسيم‌بندي مي‌شود: 1) سرطان بافت سطحي3، 2) سرطان غدد تراوش‌کننده‌ي مخاط و رگ‌هاي لنفاوي4 (اپيتليوم غده‌اي) و 3) سرطان ريه با سلول‌هاي بزرگ5 [1و 2]. در بين افراد مبتلا به اين نوع سرطان حدود %90-85 موارد از نوع NSCLC و حدود %15-10 موارد از نوع SCLC مي‌باشد.
شايع‌ترين علائم باليني سرطان ريه شامل سرفه‌ي مداوم و مزمن، درد قفسه‌ي سينه، بي‌اشتهايي، کاهش وزن، خلط خوني، تنگي نفس، عفونت‌هاي تنفسي مثل برونشيت، شروع خس خس سينه و … مي‌باشد، که معمولا در مراحل اوليه‌ي بيماري ظاهر نمي‌شود. از اين رو آمار مرگ و مير اين نوع سرطان بسيار بالا است [3].

1-1-1- عوامل خطرساز
استعمال دخانيات به ويژه مصرف سيگار مهم‌ترين عامل خطرساز براي ايجاد سرطان ريه است [4]، چرا كه تقريبا %90‌ بيماران داراي سرطان ريه سيگاري هستند و خطر ابتلا به سرطان ريه حدود 20 تا 40 برابر در افراد سيگاري بيشتر از افراد غيرسيگاري است. استعمال دخانيات علت اصلي ابتلاي تقريبا %79‌ زنان و %90 مردان به سرطان ريه گزارش شده است و نيز %90 مرگ و مير‌هاي ناشي از سرطان ريه در اثر استعمال دخانيات اتفاق مي‌افتد [5].
گاز رادون دومين علت عمده سرطان ريه بعد از استعمال دخانيات است [6]، اين گاز راديواکتيو، بي‌بو، بي‌مزه و بي‌رنگ است و به طور طبيعي از شکستن اورانيوم در خاک‌ها و سنگ‌ها تشکيل مي‌شود. طبق آمار، ساليانه مواجهه با اين گاز در بيش از 20000 مرگ ناشي از سرطان ريه در ايالات متحده آمريکا دخيل است [7]. ساير مواردي که خطر ابتلا به اين نوع سرطان را افزايش مي‌دهند و در محيط کار وجود دارند شامل: هيدروکربن‌هاي آرماتيک چندحلقه‌اي، آرسنيک، آزبست، کادميوم، بريليوم، ترکيبات حاوي نيکل و کروم، اترهاي کلرومتيل و … مي‌باشند [4]. همچنين مواردي نظير آلودگي هوا، پيشينه‌ي خانوادگي ابتلا به سرطان ريه، پرتودرماني ريه‌ها، رژيم غذايي نامناسب، سن بالا، تغييرات ژني موروثي و اکتسابي و … از عوامل سرطان ريه مي‌باشند.

1-1-2- تغييرات ژني عامل سرطان ريه
در طي چندين سال اخير، دانشمندان پيشرفت‌هاي زيادي در شناسايي اثر عوامل خطرساز بر روي تغييرات DNA و ژن‌ها که منجر به سرطاني شدن سلول‌ها مي‌شوند، داشته‌اند. آن‌ها مراحل توليد سرطان‌ها را تعيين كرده‌اند كه چندين ژن جهش‌دار در آن دخالت دارند اين تغييرات ژنتيكي باعث از هم گسيخته شدن نظم طبيعي تقسيم و تمايز سلول‌ها مي‌شود.
سرطان ريه اغلب نتيجه‌ي يكسري تغييرات ژنتيكي شامل فعال شدن پروتوانكوژن‌ها و تبديل آن‌ها به انكوژن‌ها6، و غير فعال شدن ژن‌هاي مهارکننده‌ي تومور7 (TSGs) و … است. پروتوانكوژن‌ها ژن‌هايي هستند که در حالت طبيعي مسئول تنظيم تقسيم و رشد سلول‌ها هستند و در صورتي كه جهش ژنتيكي پيدا كنند انكوژن ناميده مي‌شوند كه بيان ژني آن‌ها بسيار بالاست. و ژن‌هاي مهارکننده‌ي تومور ژن‌هايي هستند که تقسيم سلولي را کند کرده و زمان مرگ سلول‌ها را تعيين مي‌کنند. فقدان ژن‌هاي مهار كننده‌ي ‌توموري باعث تقسيم غيرقابل كنترل سلول‌ها مي‌شود.
انکوژن‌هايي که منجر به بيماري‌ سرطان ريه مي‌شوند شامل c-myc، kras جهش يافته (درهيچ کدام از موارد سرطان ريه از نوع SCLC مشاهده نمي‌شود ولي در %20-15 موارد سرطان ريه از نوع NSCLC و اکثر موارد اپيتليوم غده‌اي مشاهده مي‌شود)، ژن egfr بيش از حد بيان شده، cyclin D1، BCL2 و … هستند. ژن‌هاي مهارکننده‌ي تومور (TSGs) درگير در اکثر موارد سرطان ريه شامل p53 (در %90 موارد سرطان ريه از نوع SCLC و %50 موارد سرطان ريه از نوع NSCLC مشاهده مي‌شود)، Rb (در %90 SCLC و %20 NSCLC مشاهده مي‌شود)، p16 (در بيش از %50 NSCLC و کمتر از %1 SCLC مشاهده مي‌شود) و … هستند. و ژن‌هاي hTR و hTERTتقريبا در همه‌ي انواع سرطان‌ ريه به صورت يک مکانيسم ناميرايي بيان مي‌شوند [8].

1-2- اهميت شناسايي سرطان ريه
سرطان ريه مهم‌ترين و شايع‌ترين علت مرگ ناشي از سرطان در بين مردان و زنان محسوب مي‌شود. مرگ و مير بالاي اين نوع سرطان، ناشي از ميزان ابتلاي بالا به بيماري و شانس بقاي پايين براي زنده ماندن است. اخيراً انجمن سرطان آمريکا بيش از 226000 مورد جديد سرطان ريه و بيش از 160000 مورد مرگ ناشي از آن را در آمريکا گزارش کرده است که حدود %27 مرگ‌هاي ناشي از انواع سرطان را تشکيل مي‌دهد. و طبق آمارهاي جهاني هر سال بيش از يک ميليون نفر در اثر اين نوع سرطان جان خود را از دست مي‌دهند [3و 9].
بيش از %80 بيماران سرطان ريه در کمتر از پنج سال از زمان شناسايي بيماري جان خود را از دست مي‌دهند [10]، چرا که بيشتر آن‌ها در طي مراحل پيشرفته‌ي بيماري و زماني که درمان آن چندان امکان‌پذير نيست، متوجه بيماري مي‌شوند از اين رو شناسايي زودهنگام سرطان ريه از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.

1-3- روش‌هاي شناسايي سرطان ريه
تاکنون در زمينه‌ي پزشکي روش‌هاي مختلفي براي شناسايي سرطان ريه مورد استفاده قرار گرفته است که از جمله‌ي اين روش‌ها مي‌توان به عکسبرداري از قفسه‌ي سينه با تابش پرتوي ايکس8، سي‌تي‌اسکن9(CT scan) ، ام‌آرآي10 (MRI)، اسکن استخوان11، برونكوسكوپي12، آزمايش خلط13 و … اشاره کرد [11-13]. با پيشرفت‌هاي چشمگير فناوري نانو در سال‌هاي اخير و توسعه‌ي نانو مواد مختلف، شناسايي بيومارکر‌هاي سرطان با دقت و حساسيت بالا فراهم شده است. فناوري نانو روش‌هاي سريع‌تر، ارزان‌تر، داراي حد آشکارسازي پايين‌تر و آسان‌تري را جهت شناسايي سرطان ريه ارائه کرده است. نانو مواد مورد استفاده در اين روش‌ها شامل، نانوسيم‌هاي سيليکا14، نانوذرات طلا، نانو لوله‌هاي کربني15، نقاط کوانتومي16، نانوذرات مغناطيسي و … مي‌باشند [14].
بيومارکر‌ها يا نشانگر‌هاي زيستي، شاخصي از وضعيت زيستي بيماري هستند که براي تشخيص بيماري به کار مي‌روند. همچنين اين نشانگر‌ها براي مطالعه‌ي فرآيند‌هاي سلولي و شناخت يا کنترل توقف يا تغيير فرآيند‌هاي سلولي در سلول‌هاي سرطاني مورد استفاده قرار مي‌گيرند [14]. نشانگر‌هاي زيستي مي‌توانند پروتئين، DNA جهش‌يافته، RNA، ليپيد، کربوهيدرات و مولکول‌هاي کوچک حاصل از متابوليسم سلولي باشند [15]. جدول 1-1 تعدادي از اين بيومارکر‌ها را به عنوان نمونه نشان مي‌دهد [14].
جدول 1-1 بيومارکر‌هاي مورد استفاده در شناسايي سرطان‌هاي مختلف
بيومارکرنوع سرطانPSA, PSMAپروستاتCEA, NSE ريهCA 19-9, BTAپانکراسNMP22, BTAمثانهCA 15-3, 27, 29, Her-2/neuسينه
1-3-1- نانوسيم‌هاي سيليکا
نانوسيم‌هاي سيليکا، نانو ساختارهاي يک بعدي‌اند که در دو بعد کمتر از صد نانومتر و در يک بعد بيشتر هستند [16]. اين نانو ساختارها با استفاده از روش رشد بخار- مايع- جامد17 (VLS) سنتز مي‌شوند و در سال‌هاي اخير به علت داشتن خواص فيزيکي، نوري و الکترونيکي ويژه، فوتولومينسانس، نسبت سطح به حجم بالا و سازگاري زيستي، بسيار مورد توجه محققان قرار گرفتند. تصوير SEM نانوسيم‌هاي سيليکا با قطر ميانگين 200 نانومتر در شکل 1-1 آورده شده است [17].

شکل1-1 تصوير SEM نانو سيم‌هاي سيليکا

براي شناسايي سرطان ريه با استفاده از نانوسيم‌هاي سيليکا، ابتدا به منظور توليد گروه‌هاي NH2 آزاد، نانوسيم‌هاي سيليکا با APTMS18 (3-آمينو‌پروپيل‌تري‌متوکسي‌سيلان) عامل‌دار شده و سپس آنتي‌بادي‌هاي گيرنده‌ي آنتي‌ژن‌هاي سرطاني خاص طبق شکل 1-2 بر سطح نانوسيم‌هاي سيليکا تثبيت شده است.

شکل1-2 پروتکل استفاده شده در روش حاضر

جهت کنترل اتصال‌هاي غيراختصاصي، از پروتئين مسدود ‌‌‌کننده استفاده شده است. آنتي‌ژن‌هاي سرطاني موجود در نمونه‌ي مورد نظر به آنتي‌بادي‌هاي موجود در سطح نانوسيم‌ها متصل شده، سپس آنتي‌بادي‌هاي آشکارساز که داراي آنزيم آلکالين فسفاتاز (AP) بودند به آنتي ژن‌هاي سرطاني متصل شده و اين اتصال سبب شده است که تحت تاثير آنزيم آلکالين‌ فسفاتاز، پارا‌نيترو‌فنيل‌فسفات (PNPP) به پارانيترو‌فنول (PNP) تبديل شود (شما‌ي 1-1). پارا‌نيترو‌فنول که ترکيبي الکتروفعال است، در واکنش‌هاي الکتروشيميايي شرکت کرده و در نهايت با استفاده از تکنيک ولتامتري ميزان آنتي‌ژن سرطاني موجود در نمونه مشخص شده است.

شماي1-1 تبديل آنزيمي PNPP به PNP در حضور آنزيم آلکالين ‌فسفاتاز
نمونه‌اي از ولتاموگرام‌هاي ثبت شده با استفاده از اين روش در شکل 1-3 آورده شده است که در صورت عدم وجود آنتي ژن سرطاني هيچ پيکي در ولتاگرام مشاهده نشده است.

شکل1-3 ولتاگرام ثبت شده براي نمونه‌هاي بدون آنتي ژن سرطاني (قرمز) و داراي آنتي ژن سرطاني (سبز)
در اين روش شناسايي، آنتي‌ژن‌هاي سرطاني IL-1019 و OPN20 به عنوان بيومارکر سرطان ريه مورد استفاده قرارگرفته‌اند و حد آشکارسازي روش براي نمونه‌هاي خالص ايده آل کمتر از fgml-1 1 و براي نمونه‌هاي کلينيکي pgml-1 1 تعيين شده است [18].

1-3-2- نانوذرات طلا
شناسايي سرطان ريه با استفاده از نانو ذرات طلا، طي چند مرحله صورت گرفته است. در مرحله‌ي اول هواي بازدم بيماران سرطاني جمع آوري شده و در مرحله‌ي دوم ترکيبات آلي فرار21 (VOCs) موجود در هواي بازدم بيماران سرطاني که به عنوان بيومارکرهاي سرطان ريه در نظر گرفته شده بودند با استفاده از روش‌هاي خاصي شناسايي شده‌اند.
در مراحل بعد حسگرهايي بر پايه‌ي نانو ذرات طلا طراحي شده‌اند که در اين حسگرها، نانو ذرات طلا با ضخامت پنج نانومتر به وسيله‌ي گروه‌هاي آلي مختلف از جمله دکان‌تيول، 1-بوتان‌تيول، 2-اتيل‌هگزان‌تيول، هگزان‌تيول، 2-‌مرکاپتو‌بنزاکسازول و … عامل‌دار شده‌اند و سپس نانو ذرات طلاي عامل‌دار شده بر سطح الکترود‌هاي ID قرار گرفته‌اند. در شکل1-4 تصوير اين حسگرها آورده شده است که در آن تصوير TEM نانوذرات طلاي عامل دار شده نشان داده شده است. نانوذرات طلا به صورت نقاط تاريک و گروه‌هاي آلي اطراف آن‌ها به صورت نقاط روشن ظاهر شده‌اند. نانوذرات فلزي سبب رسانايي الکتريکي مي‌شوند و مولکول‌هاي آلي مکان‌هايي را براي جذب سطحي ترکيبات آلي فرار ايجاد مي‌کنند [19].

شکل1-4 حسگرهاي بر پايه‌ي نانوذرات طلا

در مراحل نهايي حسگرهاي طراحي شده، در يک مدار و در داخل يک محفظه نصب شده‌اند که هواي بازدم به داخل اين محفظه هدايت مي‌شود، زماني که حسگرها در معرض هواي بازدم قرار گرفته‌اند سبب تغيير برگشت‌پذير مقاومت مدار شده‌اند. پاسخ حسگرها به نمونه‌هاي هواي بازدم بيماران سرطاني و افراد سالم با رسم نمودارهايي نشان داده شده، که نمونه‌اي از اين نمودارها در شکل 1-5 آورده شده است. در اين نمودارها ميزان تغيير مقاومت براي نمونه‌هاي سالم و نمونه‌هاي سرطاني متفاوت بوده است که از اين طريق شناسايي سرطان امکان‌پذير مي‌شود.
شکل 1-5 پاسخ حسگرهاي داراي نانوذرات طلاي عامل‌دار شده با 2-مرکاپتوبنزاکسازول (لوزي‌هاي قرمز) و ترشيو-‌دودکان‌تيول (مثلث‌هاي مشکي) را نشان مي‌دهد که به محض قرارگيري در معرض نمونه‌هاي هواي بازدم بيماران سرطاني (اشکال توخالي) و افراد سالم (اشکال توپر) افزايش مقاومت نشان داده‌اند که ميزان اين افزايش مقاومت براي نمونه‌هاي سرطاني بيشتر بوده‌ است. قابل ذکر است که بخش‌هاي خاکستري رنگ نمودار، قرار گرفتن حسگرها در خلاء و بخش‌هاي سبز رنگ قرار گرفتن حسگرها را در معرض نمونه‌ها نشان مي‌دهد.

شکل1-5 پاسخ حسگرها به نمونه‌هاي سرطاني و سالم

از آنجايي که حساسيت حسگرها به بيومارکرهاي سرطان ريه در حضور مولکول‌هاي آب خيلي به ندرت تحت تاثير قرار مي‌گيرد و هواي بازدم افراد داراي تقريبا %80 رطوبت نسبي است، حسگرها از کارايي خوبي برخوردارند. شکل1-6 در تاييد اين مطلب آورده شده است.

شکل1-6 پاسخ حسگرها به چهار تا از بيومارکرهاي سرطان ريه در غلظت‌هاي مختلف و آب

حد آشکارسازي اکثر حسگرها در اين روش در حدود ppb 5-1 تعيين شده است، براي مثال حد‌ آشکارسازي حسگرهاي داراي نانوذرات عامل‌دار شده با 2-مرکاپتوبنزاکسازول و 4-متوکسي‌تولوئن‌تيول در حدود ppb 10-2 بدست آمده است [20].

1-3-3- نانولوله‌هاي کربني
نانولوله‌هاي کربني که براي اولين بار در سال 1991 توسط ايجيما22 کشف شدند، از صفحات گرافن تشکيل شده‌اند که به شکل ساختار لوله‌اي يکپارچه در آمده است. نحوه تشکيل نانولوله‌هاي کربني از صفحات گرافن در شکل 1-7 آورده شده است [21]. اين نانولوله‌ها از لحاظ ساختاري به دو دسته طبقه‌بندي مي‌شوند‌: نانولوله‌هاي کربني تک ديواره23 (SWCNTs) و نانولوله‌هاي کربني چند ديواره24 (MWCNTs). نانولوله‌هاي تک ديواره از يک صفحه‌ي گرافن لوله‌اي شکل و نانولوله‌هاي چند ديواره از چند صفحه‌ي گرافن لوله‌اي شکل به صورت هم‌ مركز تشکيل شده‌اند [22و 23]. شکل 1-8 ساختار نانولوله‌هاي تک ديواره و شکل 1-9 ساختار نانولوله‌هاي چند ديواره را نشان مي‌دهد [24].

شکل1-7 نحوه تشکيل نانولوله‌هاي کربني از صفحات گرافن

نانولوله‌هاي تک ديواره داراي قطر داخلي 2-1 نانومتر هستند و نانو لوله‌هاي چند ديواره با قطر داخلي 25-2 نانومتر، داراي فاصله بين لايه‌اي 36/0 نانومتر هستند. همچنين طول اين نانوساختار‌هاي يک بعدي بين يک ميکرومتر تا چند صد ميکرومتر متفاوت است [25]. نانولوله‌هاي کربن داراي ويژگي‌هاي مهمي‌ مانند مساحت سطح بالا، استحکام مکانيکي بالا، وزن کم، ثبات بالاي حرارتي و شيميايي، خواص الکترونيکي ويژه و … مي‌باشند و در زمينه‌هاي بيولوژيکى و پزشکي کاربرد وسيعي دارند [26].

شکل1-8 نانولوله‌هاي کربني تک ديواره (SWCNT)

شکل1-9 نانولوله‌هاي کربني چند ديواره (MWCNT)
به منظور شناسايي سرطان ريه با استفاده از نانولوله‌هاي کربني تک ديواره، نوعي حسگر زيستي طراحي شده است. ابتدا نانولوله‌هاي کربني تک ديواره براي افزايش گزينش‌پذيري حسگر زيستي، با استفاده از يک ماده‌ي آلي غيرپليمري پنتادکان (C15H32) يا تري‌کسان (C23H48) عامل‌دار شده‌اند (شکل 1-10). سپس اين نانولوله‌هاي عامل‌دار شده مطابق قسمت b شکل 1-11 بر سطح الکترودهاي ID قرار گرفته‌اند و الکترودهاي ID به عنوان حسگر زيستي مطابق شکل 1-12 در دستگاه تست قرار داده شده‌اند.

شکل1-10 فرآيند عامل‌دار شدن نانولوله‌هاي کربني تک ديواره
شکل1-11 .a تصوير SEM نانولوله‌هاي عامل‌دار شده، .bبرش عرضي الکترود ID

شکل1-12 طرح کلي از دستگاه تست

در اين روش نيز ترکيبات آلي فرار (VOCs) موجود در هواي بازدم بيماران سرطاني به عنوان بيومارکرهاي سرطان ريه در نظر گرفته شده‌اند و از آنجايي که نانولوله‌هاي کربني از جذب سطحي بالايي برخوردارند ترکيبات آلي فرار (VOCs) موجود در هواي بازدم بيماران سرطاني را جذب کرده‌ و سبب ايجاد تغيير مقاومت در سيستم شده‌اند. در اين روش نيز مشابه روش قبل، پاسخ حسگر‌هاي زيستي به نمونه‌هاي هواي بازدم بيماران سرطاني و افراد سالم به صورت نمودارهايي نشان داده شده است. در اين نمودارها نيز ميزان تغيير مقاومت براي نمونه‌هاي سالم و نمونه‌هاي سرطاني متفاوت بوده است که در نتيجه شناسايي سرطان ريه امکان‌پذير مي‌شود. همچنين قابل ذکر است که بررسي‌هاي انجام گرفته نشان داده‌اند که اين حسگرهاي زيستي براي ترکيب آلي فرار قطبي 1و2و4-تري‌‌متيل‌بنزن نسبت به ترکيب آلي فرار غيرقطبي دکان داراي حساسيت بيشتري هستند [27].

1-3-4- نقاط کوانتومي
نقاط كوانتومي نانوكريستال‌هاي نيمه هادي با قطر10-2 نانومتر هستند كه بعد از تحريك از خود نور ساطع مي‌كنند. اين ساختار‌هاي صفر بعدي به طور معمول از 100 تا 100000 اتم تشكيل شده‌اند [28و 29] و به دليل ويژگي‌هاي نوري -فيزيكي منحصر به فردي كه دارند در طول دو دهه‌ي گذشته توجه زيادي به خود جلب کرده‌اند. محدوده‌ي تحريك‌پذيري گسترده، طيف نشري با پهناي باريک و تنظيم پذير از محدوده‌ي UV تا IR نزديک، بازده کوانتومي فوتولومينسانس بالا (%85-60)، درخشندگي بالا و پايداري ويژه در برابر نور از جمله ويژگي‌هاي اين نانو مواد است و سبب کاربرد گسترده‌‌ي آن‌ها در زمينه‌ي پزشکي شده است [30و 31].
براي شناسايي سرطان ريه با استفاده از نقاط کوانتومي، حسگر ECL25 جهت شناسايي آنتي‌ژن كارسينوژن جنيني26 (CEA) به عنوان بيومارکر سرطان ريه طراحي شده که براي اين منظور ابتدا نانو کامپوزيت‌هاي Fe3O4/CdSe-CdS/APS سنتز شده‌اند، به اين ترتيب که بر سطح نانو ذرات مغناطيسي Fe3O4، يک لايه‌ي پلي‌آليل‌آمينوهيدروکلريد (PAH) و سپس نقاط کوانتومي CdSe-CdS قرار داده شده‌اند و در نهايت 3-آمينوپروپيل‌تري‌اتوکسي‌سيلان (APS) يک لايه بر سطح نانو ذرات Fe3O4/CdSe-CdS تشکيل داده است (شکل 1-13). APS به عنوان يک عامل موثر در اتصال به مولکول‌هاي زيستي است و نيز تثبيت نانو کامپوزيت‌ها را بر سطح الکترود تسهيل مي‌کند.

شکل1-13 نحوه‌ي تشکيل نانو کامپوزيت‌هاي Fe3O4/CdSe-CdS/APS

در مرحله‌ي بعد نوعي الکترود مغناطيسي با تثبيت يک آهن‌ربا در داخل يک الکترود طلا طراحي شده است. نانو کامپوزيت‌هاي Fe3O4/CdSe-CdS/APS به وسيله‌ي نيروي جاذبه‌ي مغناطيسي بر سطح اين الکترود تثبيت شده‌اند و سپس نانوذرات طلا بر روي الکترود انباشته شده‌اند. سرانجام پس از اتصال آنتي‌بادي‌هاي CEA به نانو ذرات طلا و قرار گرفتن الکترود در بافر فسفات حاوي K2S2O8، از آلبومين سرم گاوي27 (BSA) براي مسدود کردن تمام مکان‌هاي اتصال غيراختصاصي حسگر استفاده شده است. نحوه‌ي طراحي حسگر ECL در شکل 1-14 آورده شده است.

شکل1-14 نحوه‌ي طراحي حسگر ECL

اساس اين روش شناسايي بر پايه‌ي ECL است، ECL نوعي لومينسانس توليد شده در طي واکنش‌هاي الکتروشيميايي است يا به عبارت ديگر ECL يک روش توليد نور با استفاده از واکنش‌هاي الکتروشيميايي براي توليد گونه‌هاي واکنش‌پذير در سطح الکترود است. که مکانيسم احتمالي آن طي روابط 1-1 تا 1-4 آورده شده است:

(1-1) CdSe-CdS + e- ? CdSe-CdS-
(1-2) S2O82- + e- ? SO42- + SO4-
(1-3) CdSe-CdS- + SO4- ? CdSe-CdS* + SO42-
(1-4) CdSe-CdS* ? CdSe-CdS + hv

شکل 1-15 اندازه‌گيري شدت پيک‌هايECL در طي مراحل ساخت حسگر را نشان مي‌دهد. زماني که نانو کامپوزيت‌هاي Fe3O4/CdSe-CdS/APS بر سطح الکترود تثبيت شده‌اند پيک b ثبت شده است که اين افزايش شدت پيک به نقش کاتاليزوري APS نسبت داده مي‌شود. تثبيت نانو ذرات طلا برسطح الکترود نيز سبب افزايش شدت پيک ECL شده است (پيک c)، زيرا نانو ذرات طلا سبب افزايش سرعت انتقال الکترون در واکنش‌هاي ECL مي‌شوند و در مرحله‌ي آخر پس از تثبيت آنتي‌بادي‌ها بر سطح الکترود، اين لايه‌ي پروتئيني از انتقال الکترون و نفوذ واکنشگر S2O82- به سطح الکترود و انجام واکنش ECL جلوگيري کرده و منجر به کاهش شدت پيک ECL شده است (پيک d).

شکل1-15 MNP/CdSe-CdS (a (b MNP/CdSe-CdS/APS (c MNP/CdSe-CdS/APS/Au NPs
و (d MNP/CdSe-CdS/APS/Au NP/Ab

زماني که نمونه‌هاي حاوي آنتي‌ژن CEA به وسيله‌ي حسگر ECL مورد بررسي قرار گرفته، شدت پيک ECL با افزايش غلظت آنتي‌ژن CEA به تدريج کاهش يافته است. زيرا با تشکيل کمپلکس ممانعت فضايي افزايش يافته و از انتقال الکترون و K2S2O8 به سطح الکترود در طول واکنش‌ ECL جلوگيري کرده است. شکل 1-16 منحني کاليبراسيون استاندارد براي شناسايي آنتي‌ژن CEA را نشان مي‌دهد که رابطه‌ي خطي بين سيگنال ECL و غلظت CEA، تعيين کمي غلظت CEA را امکان‌پذير مي‌سازد.

شکل1-16 منحني کاليبراسيون استاندارد براي شناسايي آنتي‌ژن CEA

اين روش شناسايي سرطان داراي حساسيت و گزينش‌پذيري بالايي بوده و حد تشخيص آن برابر با fgml-1 32 بوده است. بررسي‌ها نشان مي‌دهد که اين روش در مقايسه با ساير روش‌ها از جمله روش ESEIA از حد تشخيص پايين‌تري برخوردار مي‌باشد. قابل توجه است که اين روش مختص شناسايي سرطان ريه نمي‌باشد بلکه براي شناسايي انواع ديگر سرطان نيز کاربرد دارد [32].

1-4-گرافن
گرافن يک صفحه‌ي مسطح دو بعدي (D2) از اتم‌هاي کربن در يک پيکربندي شش ضلعي مي‌باشد که اتم‌ها با هيبريد sp2 به هم متصل شده‌اند [33]. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏هاي کربن تشکيل مي‏شوند که در يک صفحه گرافن، هر کدام از اتم‌هاي چهارظرفيتي کربن، با سه پيوند کووالانسي به سه اتم کربن ديگر متصل شده‌ است. اين سه پيوند در يک صفحه قرار دارند و زواياي بين آن‏ها با يکديگر مساوي و برابر با 120 درجه است. شکل 1-17 ساختار گرافن را نشان مي‌دهد [34].

شکل1-17 گرافن
در سال ????، گروهي از فيزيکدانان در دانشگاه منچستر به رهبري آندره گايم28 و کستيا نووسلف29 از يک روش ساده و خيلي متفاوت براي توليد گرافن استفاده کردند و منجر به انقلابي در اين زمينه شدند. آن‌ها با استفاده از گرافيت سه بعدي از طريق روش لايه لايه كردن ميكرومكانيكى، يک صفحه‌ي واحد (يک مونولايه از اتم‌ها) آن را توليد کردند اين روش سبب توليد آسان کريستال‌هاي گرافن با کيفيت بالا و در ابعاد بيش از صد ميکرومتر شد [35].
گرافن، اين نانوماده‌ي دو بعدي (D2) جديدترين عضو خانواده‌ي مواد کربني چند بعدي است که شامل فولرن‌ها به عنوان نانومواد صفر بعدي (D0)، نانولوله‌هاي کربني تک جداره (SWNT) به عنوان نانومواد يک بعدي (D1) و گرافيت به عنوان يک ماده سه بعدي (D3) مي‌باشد (شکل 1-18) [33].

شکل1-18 A. فولرن، B. نانولوله‌هاي کربني تک جداره، C. گرافن، D. گرافيت
گرافن يك آلوتروپ دو بعدى كربن (با ضخامت يك اتم) با ساختار صفحه‌اى شبكه‌مانند لانه زنبورى است. اين ماده از لحاظ استحکام جزء قويترين موادى است كه تاكنون شناخته شده است. اين تركيب به عنوان عنصرسازنده بنيادي نانولوله‌هاى كربنى و فولرن‌هاى بزرگ است [36].
ساختار دوبعدي گرافن سبب پيدايش ويژگى‌هاى فيزيکي و شيميايي منحصر به فردي در آن شده است که از جمله‌ي اين ويژگي‌ها مي‌توان به مدول يانگ بالا (حدود 1100 گيگاپاسكال)، مقاومت بالا در برابر شكست (125 گيگاپاسكال)، رسانايى حرارتى خوب (حدود W/mK5000)، تحرك‌پذيرى بالاى حاملان بار يا به عبارت ديگر رسانايى الكتريكى بالا (cm2/Vm200000)، مساحت سطحى ويژه‌ى بالا (مقدار محاسبه شده: 2630 متر مربع بر گرم)، قابليت انتقال نور بالا (حدود %7/97) و پديده‌هاى انتقالى شگفت‌انگيزى همچون اثر كوانتومى ‌هال30 اشاره کرد [37].
در سال‌هاى اخير تحقيقات زيادى براى توسعه‌ى روش‌هاى مختلف توليد گرافن صورت پذيرفته است. امروزه سنتز گرافن با کيفيت بالا از طريق روش‌هاي مختلف مانند رسوبدهى شيميايى بخار31 (CVD)، رشد همبافته روي سطوح عايق الكتريكى، ايجاد سوسپانسيون‌هاى كلوئيدى و لايه لايه كردن ميكرومكانيكى گرافيت انجام مي‌شود. که در بسياري از موارد روش لايه لايه کردن گرافيت به دليل سادگي روش، کارايي بالا و هزينه‌ي کم انتخاب مي‌شود [37و 38].

1-5-گرافن اکسيد
گرافن اکسيد (GO)، که يکي از مشتقات گرافن است، از يک لايه‌ي اتمي دو بعدي از اتم‌هاي کربن داراي هيبريداسيون sp2 با پيکربندي شش ضلعي تشکيل شده است. و در آن اتم‌هاي کربن با هيبريداسيون sp3 متصل به گروه‌هاي عاملي اکسيژن‌دار وجود دارد.
رايج‌ترين روش براي لايه لايه کردن گرافيت به منظور توليد گرافن اکسيد، استفاده از عوامل اکسنده‌ي قوي است [39]، که در نتيجه‌ي آن، با قرارگيري گروه‌هاي عاملي اکسيژن‌دار در ساختار گرافيت، گرافيت اکسيد بدست مي‌آيد. فاصله‌ي بين دو لايه در گرافيت از nm335/0 به حدود nm 625/0 در گرافيت اکسيد افزايش مي‌يابد [40]. گرافيت اکسيد اساساً از طريق روش اولتراسونيک، لايه لايه شده و صفحات گرافن اکسيد تک لايه (با ابعاد چند صد نانومتر تا چند ميکرومتر) را ايجاد مي‌کند [41].
تعيين ساختار دقيق گرافن اکسيد مشکل است اما بديهي است که گرافن اکسيد، شبکه‌ي آروماتيکي پيوسته‌ي گرافن است که گروه عاملي الکل‌ها، اپوکسيدها، کتون‌ها، آلدهيدها و کربوکسيليک اسيدها به آن متصل شده است [39].
ساختار شيميايي دقيق GO سال‌ها مورد بحث و بررسي قرار گرفته است، اما تاکنون به دلايل مختلف مدل ساختاري بي‌ابهامي از آن ارائه نشده است. بسياري از مدل‌هاي ساختاري اوليه GO، شبکه‌هاي منظم متشکل از واحد‌هاي تکراري مجزا را پيشنهاد کردند. ساختار هافمن32 و هلست33 شامل گروه‌هاي اپوکسي توزيع‌ يافته در تمام صفحات گرافيتي با فرمول مولکولي خالص C2O بوده و مدل ساختاري راس34 که در سال 1946 ارائه شده است، به جاي هيبريد sp2 مدل ساختاري هافمن، ساختار مسطح GO را به ساختاري با هيبريداسيون sp3 تغيير داده است. در اين مدل، يک چهارم سيکلوهگزان‌ها داراي اپوکسيد در موقعيت يک و سه و داراي گروه هيدروکسيل در موقعيت چهار بوده‌اند. در سال 1969، شولز35 و بوهم36 مدلي را پيشنهاد کردند که در آن گروه‌هاي اتري و اپوکسيدي حذف شده بود. و پس از آن نيز ناکاجيما37 و ماتسو38 مدل جالب توجهي مبني بر چهارچوب مشبک مشابه با پلي(دي‌کربن‌مونو‌فلوريد) (C2F)n را ارائه دادند. مدل‌هاي ساختاري پيشنهادي براي GO در شکل 1- 19 آورده شده است [42].

شکل1-19 مدل‌هاي ساختاري پيشنهادي براي GO
جديدترين مدل پيشنهادي GO، مدل مشبک را رد کرده و بر ساختار بي‌شکل غيراستکيومتري متمرکز شده است. اين مدل که معروف‌ترين مدل ساختاري GOاست توسط لرف39 و کلي‌نوسکي40 در سال 1998 ارائه شده است. شکل 1-20 اين مدل ساختاري را نشان مي‌دهد [42].

شکل1-20 مدل ساختاري لرف – کلي‌نوسکي

1-6-کاربردهاي گرافن اکسيد
گرافن و گرافن تغييريافته‌ى شيميايي (CMG) يا به عبارت ديگر مشتقات شيميايى گرافن گزينه‌هاى بسيار مناسبى براى كاربردهاى مختلفى همچون مواد ذخيره‌كننده‌ى انرژى، مواد شبه‌ كاغذ، كامپوزيت‌هاى پليمرى، ابزارهاى بلور مايع41، نوسانگرهاى مكانيكى، حسگرها و کاربردهاي بيولوژيکي- پزشکي به شمار مى‌روند [38].
در اصل اهميت GO به دليل ساختار فيزيکي و شيميايي بنيادي آن است که تطبيق‌پذيري شيميايي فوق‌العاده وخواص فيزيکي غيرعادي آن را سبب مي‌شود. تطبيق‌پذيري شيميايي GO، از گروه‌هاي عاملي اکسيژن‌دار موجود بر روي ساختار کربني آن ناشي مي‌شود که عامل‌دار شدن نسبتاً آسان با مولکول‌هاي آلي يا ساختارهاي زيستي را از طريق پيوند کووالانسي يا غيرکووالانسي، تحت شرايط ملايم امکان‌پذير مي‌کند. اثرات سازگار ناشي از مجموع ساختارهاي تعريف شده در سطح GO و همچنين خواص نوري، مکانيکي و الکترونيکي آن سبب توسعه‌ي ساختارهاي هيبريد جديد چندکاره مي‌شود که پتانسيل بالايي در درمان سرطان دارد [37].
1-6-1-کاربرد گرافن اکسيد در بيوالکتروشيمي
گرافن در بيوالکتروشيمي به طور موفقيت‌آميزي به کار برده شده است، به علت رسانايي بسيار بالا و خواص سطحي منحصر به فرد مانند ضخامت بسيار کم (به اندازه‌ي يک اتم) و جذب سطحي برگشت‌ناپذير پروتئين در سطح، يک نانو ماده‌ي مفيد در علم نانوالکترونيک است. مواد مبتني بر گرافن مي‌توانند به عنوان يک سطح ايده‌آل براي انطباق پروتئين و تسهيل انتقال الکترون پروتئين مورد استفاده قرار گيرند که طي آن، GO سبب اتصال الکتريکي موثري بين الکترود و مراکز اکسايش- کاهش چندين متالوپروتئين داراي گروه هم42، از جمله سيتوکروم‌سي43، ميوگلوبين44و هرس‌رادش‌پراکسيداز45 مي‌شود (شکل 1-21). نکته‌ي قابل توجه اين است که وقتي پروتئين‌ها جذب سطحي گرافن اکسيد مي‌شوند فعاليت بيولوژيکي و ساختار منسجم خود را حفظ مي‌کنند. اين ويژگي کاربرد گسترده‌ي کمپلکس پروتئين- GO را در توسعه‌ي حسگرهاي زيستي پيش‌بيني مي‌کند [43].


پاسخی بگذارید