(نانو بیو سنسور های الکتروشیمیایی) و روش ولت سنجی جذبی نانو مولکول های سطحی (Stripping Adsorption Voltammetry) دکترای نانو _ میکرو الکترونیک
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته: در ساختمان نانو بیو سنسور های الکترو شیمیایی حداقل قسمتهایی که در یک بیوسنسور بکاربرده می شوند عبارتند از: لایه تشخیص مولکولی (layer recognition molecular ) و مبدل سیگنال ( signaltransducer ) که می تواند به یک دستگاه اندازه گیری (device readout) این سیگنال ها متصل باشد.
DNA معمولا ابزار مناسبی بعنوان یک بیوسنسور می باشد زیرا واکنش جفت شدن بازها بین ترتیب های بازی مکمل هم اختصاصی وهم پایدار می باشد. در این حالت DNA پروب تک رشته بر روی لایه تشخیص ایموبولیزه می شود و سپس بوسیل عمل جفت شدن DNA هدف در سطح با پروب واکنش می دهد .تکراری بودن و واحد بودن ساختارهای DNA سبب می شود که تجمع آنها را بر روی سطح بسیار مشخص کند. بر روی این سطح می باشد که گرفتن DNA هدف و ایجاد سیگنال صورت می گیرد. لذا ایموبولیزه کردن اسید نوکلئیک پروب در حالی که قدرت چسبندگی اولیه خود را حفظ کرده باشد برای تشخیص DNA هدف مهم می باشد. اما اینکه چگونه این عمل تشخیصی اندازه گیری شود بستگی به روش سیگنال ترانس داکسیون دارد که ممکن است، اپتیکال، مکانیکال، یا الکتروشیمی باشد .بیسوسنسورهای نوری که بر پایه نور فلورسانس کار می کنند دارای ویژگی هایی می باشند. این نوع بیوسنسورها حساسمولکول ىر هر سانتیمتر مربع باشد. از ردیف هایی تشکیل شده اند که ٧ می باشند که بطوریکه حد شناسایی آنها تقریباً از هزاران پروب ساخته شده است. بخاطر اینکه ابزارهایی که در این زمینه (بیوسنسور فلورسانس) پیچیده و گران میباشند. تکنولوژی چیپس ژنی بیشتر برای کارهای آزمایشگاهی کاربرد مناسب دارد. چیپس های ژنی در مواردی که کار زیادی همزمان می خواهد انجام شود مانند بررسی پروفایل نسخه برداری (profiling Transcriptional) یا بررسی پلیمورفیسم نوکلئوتید منفرد (discovery polymorphism nucleotide Single (مناسبتر مѧی باشند. اما تشخیص هایکلینیکی معمولا نیازمند جمع آوری این داده های زیاد نمی باشند. آنچه که مهم برای تشخیص مولکولی می باشد، قابلیت اطمینان به تشخیص و همچنین عمومی بودن بدون توجه به ترتیب بازی می باشد. لذا چیپس های ژنی برای تشخیص کلینیکی به دلایلی ارجح نمی باشند مانند: گران بوده و دستگاه پیچیده می باشد همچنین به علت های اختصاصی دیگری دقت در خواندن کاهش می یابد. روش دیگر برای اندازه گیری سیگنال بطریق نوری روش رزنانس پلاسمون سطحی (Resonance Plamon Surface )می باشد. در این روش در ضریب شکست یک سوبسترات فیلم فلزی نازک تغییر ایجاد می شود که این عمل در اثر جذب آنالیت بوده و برای تشخیص هدف در حالتهایی که بصورت خانه – خانه، شیار شیار می باشد مناسب می باشد. برای اینکه در این روش بتوانیم به حد تشخیص مولکول هدف برسیم که در آن حد، ایجاد سیگنال می گردد باید سیگنال هیبریداسیون را تقویت نمود . این عمل را می توان بوسیله افزایش مقدار موادی که بر روی سطح فیلم می باشد قبل یا بعد از اتصال بهDNA هدف افزایش داد. روش رزنانس پلاسѧمون سطحی (SPR) مانند روش فلورسانس گران قیمت و پیچیده است کهاین گران بودن و پیچیده بودن سبب شده است که این روش نیز بیشتر برای کارهای تحقیقاتی بیشتر بکار رود تا کارهای روتین تشخیصی؛یکی از روشهای اندازه گیری سیگنال بطریق نوری که بسیار مشخص می باشد روش خواندن نوری است که در ان DNA های تک رشته با نانو ذرات طلا نشاندار گردیده ان که براحتی در اثر هیبریداسیون با ترتیب بازی هدف تغییر رنگ میدهند. با استفاده از رنگ آمیزی نقره می توان آنالیز DNA را با این روش نوری در صفحات بسیار کوچک با حساسیت بالا انجام داده اگرچه ممکن است استفاده از نانوذرات طلا گران باشد ولی این روش حساسیت و سادگی لازم را برایتشخیص های کلینکی را دارد.
یکی از روشهای خواندن یا اندازه گیری سیگنال، سنجش تغییراتی است که در لایه تشخیص ایموبولیزه شده ایجاد می شود که در اثر اتصال به مولکول هدف بوجود می آید. در این حالت بیشتر از میکروبالانس کریستال کوارتز( QuartzMicrobalance Crystal) استفاده می شود. این دستگاه حساس بوده و می تواند تولید هیبرید (جفت شدگی) را در زمان ایجاد شدن آن گزارش دهد. از محدودیتهای روش QMC این است که این روش را نمی توان در حالتی که نمونه هدف در فاز محلول وجود دارد انجام داد ولی با پیشرفت هایی که در این زمینه یعنی ایجاد روش های جدید تکثیر و تقویت نمونه شاید بتوان این محدودیت را از بین برد. روش دیگر اندازه گیری حجمی استفاده از روش کانتیلور های میکرو فابری (Cantilevers Microf bricated ) می باشد. در این روش افزایش حجم که همراه به هیبریداسیون می باشد بوسیله انحراف اشعه لیزر از سطح کانتی لور تشخیص داده می شود. از مزایای این روش مناسب بودن آن برای توسعه ایجاد شیار های خطی و اینکه با این روش می توان اتصالات غیر اختصاصی را تصحیح نمود. از معایب این روش گران بودن وپیچیده بودن ابزار و دستگاه مورد استفاده می باشد .روش های الکتروشیمیایی برای تشخیص DNA بسیار مناسب می باشند زیرا واکنشهای الکترو شیمیایی مستقیما ایجاد سیگنال الکترونیکی می کنند و لذا نیازی به دستگاه های مبدل گران قیمت نمی باشد. بعلاوه چون ترتیب بازی ایموبولیزه شده می تواند تنها به یکسری سوبسترات های الکترود محدود شود، عمل نمایاندن (ردیابی) بوسیله یکسری آنالیز های الکترو شیمیایی ارزان انجام شود. سنسور های الکتروشیمیایی جهت انجام تست های کلینیکی یا محیطی در محل در دستتهیه می باشد. اساس حساسیت سیگنال های الکترو شیمیایی بر اکسیداسیون مستقیم یا کاتالیزه شدن بازهای DNA همچنین واکنش های احیاء مولکولهای گزارشگر (molecules Reporter ) یا آنزیم ها می باشد. از روش های مختلفی برای سنجش سیگنال بطریق الکترو شیمیایی استفاده می گردد .اساس سنجش سیگنال در روش الکتروشیمی مستقیم DNA بر پایه واکنش اکسیداسیون و احیاء DNA در یک الکترود جیوه می باشد بنابر این مقدار DNA اکسید شده و احیاء شده با مقدار DNA ای که با پروب هیبرید می شود تناسب دارد. علاوه بر روشهای قدیم احیاء مستقیم DNA امروزه از روشی بنام ولت سنجی جذبی نانو مولکول های سطحی (Stripping Adsorption Voltammetry) برای انتخاب نانو مولکول های اکسیداسیون مستقیم DNA استفاده می شود که روشی بسیار حساس می باشد. در روشالکتروشیمی مستقیم بازهای پورین بوسیله موادی مانند: کربن، ایندیومتین اکساید (ITO) طلا و الکترود های پوشیده از پلیمر اکسید می شوند. اگرچه روش الکتروشیمی مستقیم روش خیلی حساسی می باشد ولی کاربرد آن پیچیده می باشد.
نتیجه گیری :
تمامی نانو بیو سنسور های الکتروشیمیایی که پایه مولکولی دارند وابسته به یک سیستم بسیار اختصاصی برای تشخیص یا ردیابی مولکول هدف خود می باشند. اهمیت یک نانو بیو سنسور الکتروشیمیایی این است که یک تکیه گاه مناسبی را برای اتصال مولکول هدف به پروب و ایجاد سیگنال الکتریکی که بتوان آن را اندازه گیری و خواند تهیه نماید.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک