ساخت حسگر زیستی هیدروژن پراکسید با حد تشخیص دقیق
پژوهشگران ایرانی با هدف ساخت حسگر زیستی هیدروژن پراکسید با حد تشخیص مناسب و تکرار پذیری بالا، موفق به ساخت این نوع حسگر زیستی شدند.
به گزارش گروه علمي باشگاه خبرنگاران ،پژوهشگران ایرانی با هدف ساخت حسگر زیستی هیدروژن پراکسید با حد تشخیص مناسب و تکرار پذیری بالا، موفق به ساخت این نوع حسگر زیستی شدند. به گفته دکتر علی شکوهی راد استادیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر این حسگر زیستی قادر به سنجش میزان دقیق هیدروژن پراکسید در نمونه‌های دارویی بوده که در سنجش ماده فوق در صنایع مختلف نیز می‌تواند کاربرد داشته باشد.
از آنجا که هیدروژن پراکسید یک ترکیب حد واسط در بسیاری از واکنش‌های آنزیمی است، اندازه‌گیری دقیق میزان آن می‌تواند از نقطه نظر کنترل واکنش‌های آنزیمی و سنتیک واکنش‌های آنزیمی بسیار مهم باشد. از اینرو ساخت و طراحی حسگری که بتواند سنجش این ترکیب را نسبت به روش‌های موجود دقیقتر و سریعتر و با حد تشخیص مطلوبتر بدهد از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. به‌طور کلی مزیت حسگر الکتروشیمیایی نسبت به سایر روش‌ها طرز تهیه آسان، کم هزینه بودن روش، پاسخ یکنواخت و قابل اعتماد آن است.
در این پژوهش برای ساخت حسگر زیستی با تأکید بر خاصیت الکتروکاتالیکی نانوذرات نقره از فناوری خود تجمعی لایه به لایه استفاده شده است تا خطای انسانی موجود در کارهای مشابه از بین برود و بدین منظور روش الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است.
دکتر شکوهی راد در این باره توضیح داد: «ابتدا پلیمر پلی آمینو بنزن سولفونیک اسید به روش الکتروشیمی روی سطح الکترود کربن شیشه‌ای تثبیت شد طوری که این پلیمر از سر آمینی خود به سطح الکترود می‌چسبد و سر سولفونی آن در سمت مخالف قرار می‌گیرد و این قابلیت را دارد که با گونه‌هایی که دارای بار سطحی مثبت باشند جاذبه یونی برقرار کند. از این خاصیت استفاده کرده و سیستیمین که یک ماده آلی با دو گروه عاملی (HS-CH2CH2-NH2) است را ابتدا در محلول اسیدی تهیه کرده تا بصورت یونی درآید و سپس الکترود پلیمره شده قبلی را به مدت چند ساعت درون محلول فوق قرار داده تا به‌خاطر جاذبه الکترواستاتیک موجود، سیستمین از سرمثبت آمینی خود با گروه سولفونات پلیمر پیوند یونی برقرار کرده و سر سولفیدی آن به‌طور آزاد در معرض محیط قرار گیرد. با قرار دادن الکترود حاصل از مرحله قبل به درون سوسپانسیون نانوذرات نقره، این ذرات به‌طور خودبخودی و در طی مدت زمانی معین با تشکیل پیوند کوولانسی با گروه سولفیدی کل سطح فعال الکترود را پرمی‌کنند. نهایتا الکترود اصلاح شده با نانوذرات نقره درون محلول بافر با غلظت معین از آنزیم HRP قرار می‌گیرد که نتیجه آن جذب این آنزیم روی سطوح نانوذرات است. حسگر زیستی حاصل شده با این روش توانایی کاتالیکی زیادی در احیای هیدروژن پراکسید خواهد داشت.»
در فرایند ساخت حسگر زیستی تمام مراحل لایه‌بندی به‌طور خود انباشتگی و بدون دخالت عوامل بیرونی صورت می‌گیرد، بنابراین علاوه‌بر حد تشخیص فوق‌العاده حسگر زیستی (حدود 10 نانو مولار غلظت هیدروژن پراکسید) هربار تهیه حسگر زیستی به روش خود تجمعی، به‌دلیل حذف خطاهای انسانی جواب‌های کاملا یکنواختی را می‌دهد و بعلاوه پایداری حسگر حاصله نیز نسبت به سنسورهای دیگر موجود تا حد زیادی بهبود یافته است.
به گفته دکتر شکوهی راد، استادیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر، با ساخت این حسگر زیستی در شرایط بهینه، پاسخ آن در محدوده 1.2 میکرومولار تا 9.8 میلی مولار هیدروژن پراکسید که رنج غلظتی این ماده در اکثر نمونه‌های حقیقی موجود است خطی بوده و حد تشخیص محاسبه شده با این روش حدود 10 نانو مولار به‌دست آمده است. ضمن اینکه اثرات دمایی و همچنین تأثیر pH در نوع پاسخ حسگر زیستی مورد مطالعه قرار گرفت. پاسخ حسگر زیستی فوق نسبت به هیدروژن پراکسید در حضور هفت گونه الکترواکتیو مزاحم مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد وجود این ترکیبات، مزاحمت جدی در اندازه‌گیری ایجاد نمی‌کند که بیانگر انتخابی عمل کردن حسگر زیستی ساخته شده است.
نتایج این کار تحقیقاتی که به‌وسیله‌ی دکتر شکوهی راد و همکاران وی در پژوهشکده نانوبیوفناوری دانشگاه بابل صورت گرفته است، در مجله Korean Journal of Chemical Engineering (جلد 29، شماره 12، ماه اکتبر سال 2012) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات 1766 الی 1770 همین شماره مشاهده نمایند./س
از آنجا که هیدروژن پراکسید یک ترکیب حد واسط در بسیاری از واکنش‌های آنزیمی است، اندازه‌گیری دقیق میزان آن می‌تواند از نقطه نظر کنترل واکنش‌های آنزیمی و سنتیک واکنش‌های آنزیمی بسیار مهم باشد. از اینرو ساخت و طراحی حسگری که بتواند سنجش این ترکیب را نسبت به روش‌های موجود دقیقتر و سریعتر و با حد تشخیص مطلوبتر بدهد از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. به‌طور کلی مزیت حسگر الکتروشیمیایی نسبت به سایر روش‌ها طرز تهیه آسان، کم هزینه بودن روش، پاسخ یکنواخت و قابل اعتماد آن است.
در این پژوهش برای ساخت حسگر زیستی با تأکید بر خاصیت الکتروکاتالیکی نانوذرات نقره از فناوری خود تجمعی لایه به لایه استفاده شده است تا خطای انسانی موجود در کارهای مشابه از بین برود و بدین منظور روش الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است.
دکتر شکوهی راد در این باره توضیح داد: «ابتدا پلیمر پلی آمینو بنزن سولفونیک اسید به روش الکتروشیمی روی سطح الکترود کربن شیشه‌ای تثبیت شد طوری که این پلیمر از سر آمینی خود به سطح الکترود می‌چسبد و سر سولفونی آن در سمت مخالف قرار می‌گیرد و این قابلیت را دارد که با گونه‌هایی که دارای بار سطحی مثبت باشند جاذبه یونی برقرار کند. از این خاصیت استفاده کرده و سیستیمین که یک ماده آلی با دو گروه عاملی (HS-CH2CH2-NH2) است را ابتدا در محلول اسیدی تهیه کرده تا بصورت یونی درآید و سپس الکترود پلیمره شده قبلی را به مدت چند ساعت درون محلول فوق قرار داده تا به‌خاطر جاذبه الکترواستاتیک موجود، سیستمین از سرمثبت آمینی خود با گروه سولفونات پلیمر پیوند یونی برقرار کرده و سر سولفیدی آن به‌طور آزاد در معرض محیط قرار گیرد. با قرار دادن الکترود حاصل از مرحله قبل به درون سوسپانسیون نانوذرات نقره، این ذرات به‌طور خودبخودی و در طی مدت زمانی معین با تشکیل پیوند کوولانسی با گروه سولفیدی کل سطح فعال الکترود را پرمی‌کنند. نهایتا الکترود اصلاح شده با نانوذرات نقره درون محلول بافر با غلظت معین از آنزیم HRP قرار می‌گیرد که نتیجه آن جذب این آنزیم روی سطوح نانوذرات است. حسگر زیستی حاصل شده با این روش توانایی کاتالیکی زیادی در احیای هیدروژن پراکسید خواهد داشت.»
در فرایند ساخت حسگر زیستی تمام مراحل لایه‌بندی به‌طور خود انباشتگی و بدون دخالت عوامل بیرونی صورت می‌گیرد، بنابراین علاوه‌بر حد تشخیص فوق‌العاده حسگر زیستی (حدود 10 نانو مولار غلظت هیدروژن پراکسید) هربار تهیه حسگر زیستی به روش خود تجمعی، به‌دلیل حذف خطاهای انسانی جواب‌های کاملا یکنواختی را می‌دهد و بعلاوه پایداری حسگر حاصله نیز نسبت به سنسورهای دیگر موجود تا حد زیادی بهبود یافته است.
به گفته دکتر شکوهی راد، استادیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر، با ساخت این حسگر زیستی در شرایط بهینه، پاسخ آن در محدوده 1.2 میکرومولار تا 9.8 میلی مولار هیدروژن پراکسید که رنج غلظتی این ماده در اکثر نمونه‌های حقیقی موجود است خطی بوده و حد تشخیص محاسبه شده با این روش حدود 10 نانو مولار به‌دست آمده است. ضمن اینکه اثرات دمایی و همچنین تأثیر pH در نوع پاسخ حسگر زیستی مورد مطالعه قرار گرفت. پاسخ حسگر زیستی فوق نسبت به هیدروژن پراکسید در حضور هفت گونه الکترواکتیو مزاحم مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد وجود این ترکیبات، مزاحمت جدی در اندازه‌گیری ایجاد نمی‌کند که بیانگر انتخابی عمل کردن حسگر زیستی ساخته شده است.
نتایج این کار تحقیقاتی که به‌وسیله‌ی دکتر شکوهی راد و همکاران وی در پژوهشکده نانوبیوفناوری دانشگاه بابل صورت گرفته است، در مجله Korean Journal of Chemical Engineering (جلد 29، شماره 12، ماه اکتبر سال 2012) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات 1766 الی 1770 همین شماره مشاهده نمایند./س
