پایان نامه با کلمات کلیدی مدل ساختاری، کاربردهای پزشکی، مدل پیشنهادی

ه است. نحوه‌ی طراحی حسگر ECL در شکل 1-14 آورده شده است.
شکل1-14 نحوه‌ی طراحی حسگر ECL
اساس این روش شناسایی بر پایه‌ی ECL است، ECL نوعی لومینسانس تولید شده در طی واکنش‌های الکتروشیمیایی است یا به عبارت دیگر ECL یک روش تولید نور با استفاده از واکنش‌های الکتروشیمیایی برای تولید گونه‌های واکنش‌پذیر در سطح الکترود است. که مکانیسم احتمالی آن طی 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 اندازه‌گیری شدت پیک‌هایECL در طی مراحل ساخت حسگر را نشان می‌دهد. زمانی که نانو کامپوزیت‌های Fe3O4/CdSe–CdS/APS بر سطح الکترود تثبیت شده‌اند پیک b ثبت شده است که این افزایش شدت پیک به نقش کاتالیزوری APS نسبت داده می‌شود. تثبیت نانو ذرات طلا برسطح الکترود نیز سبب افزایش شدت پیک ECL شده است (پیک c)، زیرا نانو ذرات طلا سبب افزایش سرعت انتقال الکترون در واکنش‌های ECL می‌شوند و در مرحله‌ی آخر پس از تثبیت آنتی‌بادی‌ها بر سطح الکترود، این لایه‌ی پروتئینی از انتقال الکترون و نفوذ واکنشگر S2O82- به سطح الکترود و انجام واکنش ECL جلوگیری کرده و منجر به کاهش شدت پیک ECL شده است (پیک 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
زمانی که نمونه‌های حاوی آنتی‌ژن CEA به وسیله‌ی حسگر ECL مورد بررسی قرار گرفته، شدت پیک ECL با افزایش غلظت آنتی‌ژن CEA به تدریج کاهش یافته است. زیرا با تشکیل کمپلکس ممانعت فضایی افزایش یافته و از انتقال الکترون و K2S2O8 به سطح الکترود در طول واکنش‌ ECL جلوگیری کرده است. شکل 1-16 منحنی کالیبراسیون استاندارد برای شناسایی آنتی‌ژن CEA را نشان می‌دهد که رابطه‌ی خطی بین سیگنال ECL و غلظت CEA، تعیین کمی غلظت CEA را امکان‌پذیر می‌سازد.
شکل1-16 منحنی کالیبراسیون استاندارد برای شناسایی آنتی‌ژن CEA
این روش شناسایی سرطان دارای حساسیت و گزینش‌پذیری بالایی بوده و حد تشخیص آن برابر با fgml-1 32 بوده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که این روش در مقایسه با سایر روش‌ها از جمله روش ESEIA از حد تشخیص پایین‌تری برخوردار می‌باشد. قابل توجه است که این روش مختص شناسایی سرطان ریه نمی‌باشد بلکه برای شناسایی انواع دیگر سرطان نیز کاربرد دارد [32].
1-4-گرافن
گرافن یک صفحه‌ی مسطح دو بعدی (D2) از اتم‌های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی می‌باشد که اتم‌ها با هیبرید sp2 به هم متصل شده‌اند [33]. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند که در یک صفحه گرافن، هر کدام از اتم‌های چهارظرفیتی کربن، با سه پیوند کووالانسی به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌ است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه است. شکل 1-17 ساختار گرافن را نشان می‌دهد [34].
شکل1-17 گرافن
در سال ۲۰۰۴، گروهی از فیزیکدانان در دانشگاه منچستر به رهبری آندره گایم28 و کستیا نووسلف29 از یک روش ساده و خیلی متفاوت برای تولید گرافن استفاده کردند و منجر به انقلابی در این زمینه شدند. آن‌ها با استفاده از گرافیت سه بعدی از طریق روش لایه لایه کردن میکرومکانیکى، یک صفحه‌ی واحد (یک مونولایه از اتم‌ها) آن را تولید کردند این روش سبب تولید آسان کریستال‌های گرافن با کیفیت بالا و در ابعاد بیش از صد میکرومتر شد [35].
گرافن، این نانوماده‌ی دو بعدی (D2) جدیدترین عضو خانواده‌ی مواد کربنی چند بعدی است که شامل فولرن‌ها به عنوان نانومواد صفر بعدی (D0)، نانولوله‌های کربنی تک جداره (SWNT) به عنوان نانومواد یک بعدی (D1) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی (D3) می‌باشد (شکل 1-18) [33].
شکل1-18 A. فولرن، B. نانولوله‌های کربنی تک جداره، C. گرافن، D. گرافیت
گرافن یک آلوتروپ دو بعدى کربن (با ضخامت یک اتم) با ساختار صفحه‌اى شبکه‌مانند لانه زنبورى است. این ماده از لحاظ استحکام جزء قویترین موادى است که تاکنون شناخته شده است. این ترکیب به عنوان عنصرسازنده بنیادی نانولوله‌هاى کربنى و فولرن‌هاى بزرگ است [36].
ساختار دوبعدی گرافن سبب پیدایش ویژگى‌هاى فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی در آن شده است که از جمله‌ی این ویژگی‌ها می‌توان به مدول یانگ بالا (حدود 1100 گیگاپاسکال)، مقاومت بالا در برابر شکست (125 گیگاپاسکال)، رسانایى حرارتى خوب (حدود W/mK5000)، تحرک‌پذیرى بالاى حاملان بار یا به عبارت دیگر رسانایى الکتریکى بالا (cm2/Vm200000)، مساحت سطحى ویژه‌ى بالا (مقدار محاسبه شده: 2630 متر مربع بر گرم)، قابلیت انتقال نور بالا (حدود %7/97) و پدیده‌هاى انتقالى شگفت‌انگیزى همچون اثر کوانتومى ‌هال30 اشاره کرد [37].
در سال‌هاى اخیر تحقیقات زیادى براى توسعه‌ى روش‌هاى مختلف تولید گرافن صورت پذیرفته است. امروزه سنتز گرافن با کیفیت بالا از طریق روش‌های مختلف مانند رسوبدهى شیمیایى بخار31 (CVD)، رشد همبافته روی سطوح عایق الکتریکى، ایجاد سوسپانسیون‌هاى کلوئیدى و لایه لایه کردن میکرومکانیکى گرافیت انجام می‌شود. که در بسیاری از موارد روش لایه لایه کردن گرافیت به دلیل سادگی روش، کارایی بالا و هزینه‌ی کم انتخاب می‌شود [37و 38].
1-5-گرافن اکسید
گرافن اکسید (GO)، که یکی از مشتقات گرافن است، از یک لایه‌ی اتمی دو بعدی از اتم‌های کربن دارای هیبریداسیون sp2 با پیکربندی شش ضلعی تشکیل شده است. و در آن اتم‌های کربن با هیبریداسیون sp3 متصل به گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار وجود دارد.
رایج‌ترین روش برای لایه لایه کردن گرافیت به منظور تولید گرافن اکسید، استفاده از عوامل اکسنده‌ی قوی است [39]، که در نتیجه‌ی آن، با قرارگیری گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار در ساختار گرافیت، گرافیت اکسید بدست می‌آید. فاصله‌ی بین دو لایه در گرافیت از nm335/0 به حدود nm 625/0 در گرافیت اکسید افزایش می‌یابد [40]. گرافیت اکسید اساساً از طریق روش اولتراسونیک، لایه لایه شده و صفحات گرافن اکسید تک لایه (با ابعاد چند صد نانومتر تا چند میکرومتر) را ایجاد می‌کند [41].
تعیین ساختار دقیق گرافن اکسید مشکل است اما بدیهی است که گرافن اکسید، شبکه‌ی آروماتیکی پیوسته‌ی گرافن است که گروه عاملی الکل‌ها، اپوکسیدها، کتون‌ها، آلدهیدها و کربوکسیلیک اسیدها به آن متصل شده است [39].
ساختار شیمیایی دقیق GO سال‌ها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است، اما تاکنون به دلایل مختلف مدل ساختاری بی‌ابهامی از آن ارائه نشده است. بسیاری از مدل‌های ساختاری اولیه GO، شبکه‌های منظم متشکل از واحد‌های تکراری مجزا را پیشنهاد کردند. ساختار هافمن32 و هلست33 شامل گروه‌های اپوکسی توزیع‌ یافته در تمام صفحات گرافیتی با فرمول مولکولی خالص C2O بوده و مدل ساختاری راس34 که در سال 1946 ارائه شده است، به جای هیبرید sp2 مدل ساختاری هافمن، ساختار مسطح GO را به ساختاری با هیبریداسیون sp3 تغییر داده است. در این مدل، یک چهارم سیکلوهگزان‌ها دارای اپوکسید در موقعیت یک و سه و دارای گروه هیدروکسیل در موقعیت چهار بوده‌اند. در سال 1969، شولز35 و بوهم36 مدلی را پیشنهاد کردند که در آن گروه‌های اتری و اپوکسیدی حذف شده بود. و پس از آن نیز ناکاجیما37 و ماتسو38 مدل جالب توجهی مبنی بر چهارچوب مشبک مشابه با پلی(دی‌کربن‌مونو‌فلورید) (C2F)n را ارائه دادند. مدل‌های ساختاری پیشنهادی برای GO در شکل 1- 19 آورده شده است [42].
شکل1-19 مدل‌های ساختاری پیشنهادی برای GO
جدیدترین مدل پیشنهادی GO، مدل مشبک را رد کرده و بر ساختار بی‌شکل غیراستکیومتری متمرکز شده است. این مدل که معروف‌ترین مدل ساختاری GOاست توسط لرف39 و کلی‌نوسکی40 در سال 1998 ارائه شده است. شکل 1-20 این مدل ساختاری را نشان می‌دهد [42].
شکل1-20 مدل ساختاری لرف – کلی‌نوسکی
1-6-کاربردهای گرافن اکسید
گرافن و گرافن تغییریافته‌ى شیمیایی (CMG) یا به عبارت دیگر مشتقات شیمیایى گرافن گزینه‌هاى بسیار مناسبى براى کاربردهاى مختلفى همچون مواد ذخیره‌کننده‌ى انرژى، مواد شبه‌ کاغذ، کامپوزیت‌هاى پلیمرى، ابزارهاى بلور مایع41، نوسانگرهاى مکانیکى، حسگرها و کاربردهای بیولوژیکی- پزشکی به شمار مى‌روند [38].
در اصل اهمیت GO به دلیل ساختار فیزیکی و شیمیایی بنیادی آن است که تطبیق‌پذیری شیمیایی فوق‌العاده وخواص فیزیکی غیرعادی آن را سبب می‌شود. تطبیق‌پذیری شیمیایی GO، از گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار موجود بر روی ساختار کربنی آن ناشی می‌شود که عامل‌دار شدن نسبتاً آسان با مولکول‌های آلی یا ساختارهای زیستی را از طریق پیوند کووالانسی یا غیرکووالانسی، تحت شرایط ملایم امکان‌پذیر می‌کند. اثرات سازگار ناشی از مجموع ساختارهای تعریف شده در سطح GO و همچنین خواص نوری، مکانیکی و الکترونیکی آن سبب توسعه‌ی ساختارهای هیبرید جدید چندکاره می‌شود که پتانسیل بالایی در درمان سرطان دارد [37].
1-6-1-کاربرد گرافن اکسید در بیوالکتروشیمی
گرافن در بیوالکتروشیمی به طور موفقیت‌آمیزی به کار برده شده است، به علت رسانایی بسیار بالا و خواص سطحی منحصر به فرد مانند ضخامت بسیار کم (به اندازه‌ی یک اتم) و جذب سطحی برگشت‌ناپذیر پروتئین در سطح، یک نانو ماده‌ی مفید در علم نانوالکترونیک است. مواد مبتنی بر گرافن می‌توانند به عنوان یک سطح ایده‌آل برای انطباق پروتئین و تسهیل انتقال الکترون پروتئین مورد استفاده قرار گیرند که طی آن، GO سبب اتصال الکتریکی موثری بین الکترود و مراکز اکسایش- کاهش چندین متالوپروتئین دارای گروه هم42، از جمله سیتوکروم‌سی43، میوگلوبین44و هرس‌رادش‌پراکسیداز45 می‌شود (شکل 1-21). نکته‌ی قابل توجه این است که وقتی پروتئین‌ها جذب سطحی گرافن اکسید می‌شوند فعالیت بیولوژیکی و ساختار منسجم خود را حفظ می‌کنند. این ویژگی کاربرد گسترده‌ی کمپلکس پروتئین- GO را در توسعه‌ی حسگرهای زیستی پیش‌بینی می‌کند [43].
شکل1-21 اتصال الکتریکی پروتئین‌ها به وسیله‌ی GO در الکتروشیمی.
1-6-2- کاربردهای پزشکی و زیستی گرافن اکسید
کاربرد‌های نانو مواد همواره به علت انحلال‌پذیری و پایداری کم آن‌ها در محلول‌های زیستی محدود می‌شود اما GO به علت داشتن گروه‌های آبدوست (COOH) و صفحه‌ی مسطح آبگریز کاربرد وسیعی در زمینه‌های زیستی و پزشکی دارد.
آپوپتوزیس46، مرگ برنامه ریزی شده سلولی است که در شرایط طبیعی سبب حذف سلول‌های پیر، آسیب‌دیده، اضافی و مضر در بدن می‌شود. هرگونه اختلال در روند آپوپتوزیس، منجر به بیماری می‌شود که از جمله‌ی این بیماری‌ها می‌توان به سرطان، اختلالات خود‌ ایمنی، اختلالات نورودژنراتیو و نارسایی قلبی اشاره کرد. کاسپاز347 به عنوان واسطه‌ی مرکزی برای شروع و گسترش آپوپتوزیس شناسایی شده است. یو48 و همکارانش فعالسازی آن را در سلول‌های زنده با استفاده از نانوهیبرید گرافن اکسید- پپتید به عنوان یک نانوحسگر پروتئاز درون‌ سلولی شناسایی کردند. پروب پپتید با استفاده از روش جفت شدن هیدروکسی‌سوکسین‌ایمید (EDC-NHS) به GO متصل شده (شکل 1-22) و حلالیت و