عنوان

طراحی و ساخت حسگرهای بیولوژیکی بر اساس کوارتز کریستال نانوبالانس برای تعیین بیومارکرهای بیماری های انسانی

شماره

‭۱۲۱۹پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

طراحی و ساخت حسگرهای بیولوژیکی بر اساس کوارتز کریستال نانوبالانس برای تعیین بیومارکرهای بیماری های انسانی

نام نخستين پديدآور

/مریم فربودی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده شیمی، گروه شیمی کاربردی

نام خاص و کميت اثر

‮‭۱۶۴‬ص‬

متن يادداشت

چاپی

متن يادداشت

واژه نامه بصورت زیرنویس

متن يادداشت

کتابنامه:ص‮‭۲۰۷-۲۱۷‬

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

شیمی کاربردی

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۸۸/۰۲/۲۳‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده شیمی، گروه شیمی کاربردی

متن يادداشت

بروز دسته بسیار بزرگ و خطرناکی از بیماریهای شایع در انسان، با افزایش یا تجمع بیومواد ویژه در مایعات بدن همراه است که در اکثر موارد عقب افتادگی ذهنی از عوارض لاینفک آنها می باشد .لذا اندازگیری و تعیین غلظت این بیومارکرها می تواند بعنوان معیاری برای تشخیص بیماری و در نتیجه درمان بموقع آن در نظر گرفته شود .حسگرهای کوارتز کریستال نانوبالانس‮‭(QCN)‬، حسگرهای جرمی بسیار قدرتمندی هستند که می توانند ترکیبات مختلف را با حساسیت بالا اندازه گیری نمایند .مشکل عمده این حسگرها عدم انتخابگری مناسب آنها می باشد .با توجه به این امر در کار تحقیقاتی حاضر، طراحی و توسعه بیوحسگرهای ‮‭QCN‬ با گزینش پذیری بالا مورد توجه قرار گرفته است .برای رسیدن به این منظور دو دیدگاه مورد بررسی قرار گرفته است .دراولین شیوه، از پاسخ حسگرها بهمراه روشهای الگوشناختی برای شناسایی ترکیبات مختلف استفاده شده و در دیدگاه دیگر، استفاده و طراحی پوشش های گزینش پذیر مورد مطالعه قرار گرفته ا ست .کریستال کوارتز اصلاح شده با اکسید نیکل برای اندازه گیری و شناسایی هیستیدین در حضور گونه های مزاحم)سیستئین ، آرژنین سدیم هیدروژن فسفات (بکار برده شده است .نتایج نشان می دهد بین تغییرات فرکانس کریستال و غلظت گونه ها در سل رابطه خطی بسیار خوبی در محدوه غلظتی‮‭۱۰۰ -۱۲۰۰۰- mg l‬وجود دارد .برای ایجاد گزینش پذیری و شناسایی هیستیدین در حضور گونه های مزاحم با استفاده از حسگر ‮‭QCN‬ اصلاح شده با اکسید نیکل از تکنیک تحلیل مولفه اصلی ‮‭(PCA)‬ استفاده شد .برای انجام ‮‭PCA‬ پنجره های زمانی بعنوان ورودی‮‭PCA‬ بکار برده شد .نتایج نشان دادند با اعمال این روش، امکان شناسایی هیستیدین و سایر گونه های مزاحم با استفاده از حسگر ‮‭QCN‬اصلاح شده با اکسید ادامه چکیده پایاننامه:نیکل امکان پذیر گردید .در این کار تحقیقاتی پلیمر های قالب مولکولی نیز برای ایجاد گزینش پذیری در حسگرهای ‮‭QCN‬ مورد توجه قرار گرفتند .در این راهبرد طراحی حسگرهای ‮‭QCN‬گزینش پذیر برای فنیل آلانین مورد بررسی قرار گرفت .برای اصلاح الکترد کریستال از کوپلیمر آکریلیک اسید-آکریلونیتریل قالب مولکولی ‮‭(MIP)‬استفاده گردید .برای این منظور کوپلیمر آکریلیک اسید-آکریلونیتریل قالب مولکولی فنیل آلانین بروش شیمیایی سنتز گردید .نتایج نشان می دهد رابطه خطی خوبی بین غلظت فنیل آلانین و تغییرات فرکانس ارتعاشی کریستال برای هر دو بیوحسگر ‮‭QCN‬ اصلاح شده با پلیمر قالب مولکولی و غیرقالبگیری‮‭MIP) - (non‬وجود دارد .مقایسه حساسیت حسگرها نسبت به فنیل آلانین نشان می دهد حساسیت حسگر ‮‭QCN‬اصلاح شده با ‮‭MIP‬ در حدود دو برابر مقدار بدست آمده برای بیوحسگر ‮‭QCN‬اصلاح شده با‮‭MIP - non‬می باشد .نتایج بدست آمده نشان می دهد با استفاده از پلیمرهای قالب مولکولی بعنوان پوشش روی کریستال می توان به حسگرهایی با حساسیت و انتخابگری بالا دست یافت.برای اندازه گیری انتخابی و همزمان وانیلیل مندلیک اسید و همووانیلیک اسید در حضور گونه های مزاحم از روش پاسخ خالص گونه ‮‭(NAS)‬ بر پایه الگوریتم ‮‭HLA/GO‬استفاده گردید .برای انتخاب تعداد فاکتورهای بهینه از روش کراس ولیدیشن و برای انتخاب بهترین بازه زمانی از الگوریتم پنجره های زمانی متحرک استفاده شد .نتایج بدست آمده نشان می دهند بهترین کارایی مدل با بکارگیری فرکانس ارتعاشی کریستال در بازه زمانی‮‭۳۰۰‬ - ‮‭۱‬ثانیه می باشد .با بکار گیری نتایج فوق و اندازه گیری نمونه های تست با مدل طراحی شده، می توان نتیجه گیری کرد بین مقادیر غلظت واقعی نمونه ها و مقادیر غلظت پیش بینی شده توسط مدل تطابق خوبی وجود دارد .حساسیت، انتخابگری و کمترین حد تشخیص برای وانیلیل مندلیک اسید و همووانیلیک اسید محاسبه گردید .همچنین کارایی روش پاسخ خالص گونه ‮‭(NAS)‬ بر پایه الگوریتم‮‭HLA/GO‬برای اندازه گیری انتخابی و همزمان سه بیومارکر لوسین، والین و ایزولوسین مورد بررسی قرار گرفت .برای انتخاب تعداد فاکتورهای بهینه از روش کراس ولیدیشن و برای انتخاب بهترین بازه زمانی از الگوریتم پنجره های زمانی متحرک استفاده شد .نتایج بدست آمده نشان می دهند بهترین کارایی مدل با بکارگیری فرکانس ارتعاشی کریستال در بازه زمانی‮‭۳۰۰‬ - ‮‭۱‬ثانیه می باشد .با بکار گیری نتایج فوق و اندازه گیری نمونه های تست با مدل طراحی شده، می توان نتیجه گیری کرد بین مقادیر غلظت واقعی نمونه ها و مقادیر غلظت پیش بینی شده توسط مدل تطابق خوبی وجود دارد .حساسیت، انتخابگری و کمترین حد تشخیص برای لوسین محاسبه گردید.

متن يادداشت

Human metabolic disorders are characterized by either increased or decreased levels of special metabolites in patient serum and urine. These deficiencies result in mental retardation if not detected soon after birth. Quartz Crystal Nanobalance (QCN) sensors are considered as powerful mass sensitive sensors. The theoretical detection limit of QCN is reported to be as small as 10-12 g. As a matter of fact, the major drawback of the polymer modified QCN sensors is a lack of selectivity since there is no discrimination between the sources of the mass changes. In this study, development of QCN sensors having good selectivity to analysis biomarkers of human diseases in was investigated. To achieve these goals, two approaches were considered: The first was to employ pattern recognition technique and the other was using selective coating.A single quartz crystal nanobalance sensor modified with nickel oxide has been employed to determine Histidine (His) in the presence of some compounds as interference. A thin layer of nickel was electrochemically deposited over the gold crystal electrode and exposed to H2O2 to form nickel oxide. The composite electrode was then used to determine His. The frequency shifts were linear with respect to the concentration of His in solution. His can be measured in the range of 100-2000 mg L?1. A lower limit of detection of 48 mg L?1 and a sensitivity factor of 0.0307 Hz/mg L?1 was obtained. Some possible interferences were checked for, and the performance of the sensor was found to be unaffected by any interference except for those from Arginine, Cysteine and NaH2PO4. Principal component analysis (PCA) was used to process the frequency response data of the single piezoelectric crystal at various times, considering the different adsorption-desorption dynamics of Histidine and the interfering compounds. Over 60 of the variance in the data was explained by two principal components. A score plot of the data for the first two PCs showed that the modified QCN yields favorable identification and quantification performances for Histidine and the interfering compounds. A quartz crystal nanobalance biosensor was developed for the selective determination of phenylalanine (Phe) in aqueous solutions. A Phe imprinted copolymer was synthesized using polyacrylonitrile and acrylic acid (poly (AN-co- AA)). The copolymer was then coated on quartz crystal electrode to form complementary structures for the template recognition of Phe. The composite electrode was then used to determine Phe levels in solution. Determinations were based on frequency shifts of Molecularly Imprinted Polymer (MIP) modified quartz crystal electrode caused by Phe adsorption. The frequency shifts were linearly dependent on Phe concentration over the range 50-500 mgL-1. The results obtained show that the imprinted poly (AN-co- AA) modified biosensor had higher sensitivity (0.5839 Hz/mgL-1) than a non-molecularly imprinted copolymer (0.2724 Hz/mgL-1). Furthermore, good reproducibility, R.S.D= 1.84 (n = 7) was observed, and the detection limit was 45 mgL-1. The selectivity of the imprinted poly (AN-co- AA) modified biosensor was examined using a number of analytes similar to Phe, i.e., dopamine (DA), ascorbic acid (AscA), vanillylmandelic acid (VMA), uric acid (UA), tryptophan (Trp), and tyrosine (Tyr), and the results obtained showed a size dependent selective effect.Net analyte signal based method called HLA/GO was applied for the selectively determination of Homovanillic acid (HVA) and vanillylmandelic acid (VMA) by quartz crystal nanobalance sensor. An orthogonal design was applied for the formation of calibration and prediction sets including HVA, VMA, and some common and structurally similar urine compounds. The selection of the optimal time range involved the calculation of the NAS regression plot in any considered time window for each test sample. The searching of a region with maximum linearity of NAS regression plot (minimum error indicator) and minimum of predicted error sum of squares value was carried out by applying a moving window strategy. Based on the obtained results, the differences on the adsorption profiles in the time range between 1 and 300 s were used to determine mixtures of compounds by HLA/GO method. The results showed that the method was successfully applied for the determination of VMA and HVA.Net analyte signal based method called HLA/GO was applied for the selectively determination of Valine, Leucine and Isoleucine by quartz crystal nanobalance sensor. An orthogonal design was applied for the formation of calibration and prediction sets including Valine, Leucine and Isoleucine. The selection of the optimal time range involved the calculation of the NAS regression plot in any considered time window for each test sample. The searching of a region with maximum linearity of NAS regression plot (minimum error indicator) and minimum of predicted error sum of squares value was carried out by applying a moving window strategy. Based on the obtained results, the differences on the adsorption profiles in the time range between 1 and 300 s were used to determine mixtures of compounds by HLA/GO method. The results showed that the method was successfully applied for the determination of Valine, Leucine and Isoleucine.

موضوع مستند نشده

Biosensor

موضوع مستند نشده

Quartz Crystal Nanobalance

موضوع مستند نشده

Biomarker

موضوع مستند نشده

Principal

موضوع مستند نشده

Principal component

موضوع مستند نشده

analysis

موضوع مستند نشده

Net Analyte Signal

موضوع مستند نشده

Molecularly imprinted polymers

مستند نام اشخاص تاييد نشده

فربودی، مریم

مستند نام اشخاص تاييد نشده

میرمحسنی، عبدالرضا، استادراهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

شجاعی، مریم، استادراهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

امیدی، یداله، استادمشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی