""زکات علم نشر آن است امام علی علیه السلام""

""زکات علم نشر آن است امام علی علیه السلام""

""کاربرد نانو مواد در الکتروشیمی تجزیه""

کلیه مطالب این وب نوشت توسط نویسنده آن تهیه و تنظیم می گردد و کپی برداری از متـون شرعاً و اخلاقاً تنها با درج منبع و ذکر نام وبلاگ امکان پذیر می باشد.

یا مهدی (عج)

آخرین نظرات
نویسندگان

کاربرد نانومواد در الکتروشیمی (1)

chemist | چهارشنبه, ۱۴ خرداد ۱۳۹۳، ۰۸:۱۸ ب.ظ

همانطور که اشاره شد انواع زیادی از نانوذرات، شامل نانوذرات فلزی، نانوذرات اکسید و نانوذرات نیمه هادی و حتی نانوذرات ترکیبی، به طور گسترده در الکتروشیمی حسگرها و زیست حسگرها استفاده شده اند. در سیستم های حسگر الکتروشیمیایی بر اساس خواص منحصر به فردشان، کارکرد اساسی نانوذرات می تواند عمدتاً به صورت زیر طبقه بندی شود:

1- تثبیت بیو مولکولها
2 -کاتالیز واکنشهای الکتروشیمیایی
3- افزایش سرعت انتقال الکترون
4- برچسب گذاری بیو مولکولها
5- فعالیت به عنوان واکنشگر


1- تثبیت زیست مولکولها:


یکی از عوامل مهم در طراحی زیست حسگرهای الکتروشیمیایی، تثبیت عنصر زیستی بر سطح الکترود می باشد، به طوریکه علاوه بر افزایش پایداری، فعالیت کاتالیزوری عنصر زیستی و ساختار آن نیز دستخوش تغییر چشمگیر نشود. به علت مساحت سطحی ویژه بزرگ و انرژی آزاد سطحی بالا، نانوذرات می توانند قویاً زیست مولکولها را جذب کنند و نقش مهمی در تثبیت آنها در ساخت زیست حسگر ایفا کنند. همچنین در حالت اتصال به سطح، ذرات ریزتر می توانند سطح بزرگتری برای اتصال زیست مولکولها فراهم کنند؛ درنتیجه، بارگذاری آنها در واحد جرم ذرات افزایش می یابد. درحالت تثبیت در مواد متخلخل در مقایسه با مواد متخلخل بزرگ، با توجه به مسیر نفوذ کوتاهتر سوبسترا، مقدار مقاومت انتقال جرم کمتری برای مواد متخلخل ریزتر قابل انتظار است. عموماً، جذب سطحی مستقیم زیست مولکولها بر سطوح برهنه مواد توده ای ممکن است منجر به تغییر ماهیت و از دست دادن زیست فعالی شان شود. جذب سطحی چنین زیست مولکولهایی بر سطوح نانوذرات می تواند زیست فعالی شان را حفظ کند.
گزارش شده است که نانو ذرات طلا می توانند پروتئینها را از طریق تشکیل پیوند کووالانسی بین اتمهای طلا و گروههای آمین و سیستئین1 تثبیت کنند. علاوه بر این بعضی نانو ذرات می توانند زیست مولکولها را توسط دیگر برهمکنشها تثبیت کنند. از میان نانوذراتی که برای تثبیت پروتئین ها استفاده شده اند نانوذرات طلا اغلب استفاده میشوند.
در اوایل سال 1990 ، کرومبلیس2 و همکارانش، چندین نوع آنزیم را با نانوذرات طلا تثبیت کردند و الکترودهای آنزیمی بیشتری ساختند، و الکترودهای آنزیمی تهیه شده فعالیت آنزیمی خود را حفظ کردند. چن3 و همکارانش ابتدا نانوذرات طلا را به الکترودهای طلای اصلاح شده با تک لایه سیستئین متصل کردند، و سپس با موفقیت، پراکسیداز ترب کوهی4 را روی این نانوذرات تثبیت کردند. آنها همچنین اثر اندازه نانوذرات را روی کارایی زیست حسگرهای آماده مطالعه کردند و نانوذرات با اندازه کوچکتر برای تثبیت آنزیم مناسب تر یافت شدند. مطالعات مشابه زیادی برای ساخت زیست حسگرها براساس ثابت سازی پروتئین های مختلف با نانوذرات طلا، مانند پر اکسیداز ترب کوهی، میکرو پراکسیداز-511 ، تیروزیناز6 و هموگلوبین7 انجام گرفته است.


نانوذرات SiO2 نیز ماتریس های عالی برای تثبیت آنزیم ها به علت زیست سازگاری خوب و آماده سازی آسان هستند. هوو8 و همکارانش چندین هم پروتئین9 با نانوذرات SiO2 از طریق تجمع لایه به لایهتثبیت کردند، و نیروهای محرکه برای روش هم گذاری را بررسی کردند. دیگر نانوذرات، مثل نانوذرات Ag ،Pt، TiO2 و ZrO2 به همین ترتیب نیز می توانند برای تثبیت آنزیمها استفاده شوند.

همچنین ایمونوسنسور10های الکتروشیمی براساس ثابت سازی پادگن یا پادتن با نانوذرات به طور گسترده مطالعه شده اند. یان11 و همکارانش ایمونوسنسور آمپرومتری بدون واکنشگر12 بر اساس ثابت سازی پادتن 1-a- فتوپروتئین13 به نانوذرات طلا توسعه دادند، ایمونوسنسور ثبات دراز مدت خوبی نشان داد. آنها همچنین یک ایمونوسنسور بدون برچسب برای واکسن آسفالیت B ژاپنی14 از طریق ثابت سازی پادتن های متصل به نانوذرات طلا تهیه کردند. چون پادتن ها و پادگن ها هر دو پروتئین هستند، مکانیسم ثابت سازی شان شبیه به ثابت سازی آنزیم هاست. گذشته از این که اغلب از نانو ذرات طلا استفاده شده است، نانوذرات دیگر مثل نقره و سیلیکا نیز برای ثابت سازی پادتن ها و پادگن ها استفاده شده اند.

نوع دیگر زیست مولکول، DNA، نیز می تواند با نانوذرات تثبیت شود و برای ساخت حسگرهای DNA الکتروشیمی استفاده شود. به منظور تثبیت DNA بر سطوح نانوذرات، رشته های DNA غالباَ با نانوذرات معین اصلاح شدند. فانگ15 و همکارانش الیگونوکلئوتید16 را با گروههای مرکاپتوهگزیل17 در ' 5- فسفات18 و در نانوذرات طلا با قطر16nm تثبیت کردند، که در الکترود طلای اصلاح شده با سیستئامین19 خود سامان20یافتند، و کشف کردند که مقادیر ثابت سازی اشباع تک رشته DNA روی الکترود اصلاحی تقریباً 10 برابر بزرگتر از روی یک الکترود طلای عریان بودند.

همچنین یان و همکارانش تثبیت همان مرکاپتو الیگونوکلئوتید را با نانوذراتAg متصل شده به شبکه سل- ژل حاوی تیول گزارش کردند. همچنین تثبیت DNA با نانوذرات سیلیکا مطالعه شد و افزایش ثابت سازی نتایج به دست آمد.

همچنین گروه ونگ21 با استفاده از الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله های کربنی چند دیواره توانستند حسگر زیستی الکتروشیمیایی DNA طراحی کنند (شکل 1). ابتدا نانو لوله های کربنی کربوکسیله شده بر روی الکترود کربن شیشه ای قرار داده شدند. سپس تک رشته DNA با پیوند آمیدی به نانو لوله های کربنی اتصال داده شد. واکنش هیبریداسیون22 به روش ولتامتری پالسی تفاضلی23 (DVP)  بررسی گردید [2].


شکل 9. طرحواره آشکارسازی الکتروشیمیایی هیبریداسیون DNA با استفاده از حسگر زیستی بر پایه نانولوله های کربنی چند دیواره


علاوه بر این، نانوذرات همچنین می توانند در تثبیت دیگر مواد در کنار زیست مولکولها استفاده شوند که حسگرهای الکتروشیمی را توسعه می دهد. کارهای مرتبط را می توان در نشریه های گروه ویلنر24 یافت. ثابت سازی زیست مولکولها با نانوذرات معین می تواند به طور موثر ثبات را افزایش دهد و فعالیت زیست مولکولها را حفظ کند و می تواند انتخاب خوبی برای تثبیت زیست مولکولی باشد. به هر حال نکته ضعف این روش، بی ثباتی بعضی نانوذرات می باشد؛ مثلاً تمایلشان به تجمع. امید است که ترکیب این تکنیک
با روشهای تثبیت مناسب این مشکل را حل کند.


1 cysteine
2 Crumbliss
3 Chen
4 Horseradish peroxidase

5 microperoxidase-11
6 tyrosinase
7 hemoglobin
8 Hu
9 Hemeprotein
10 Immunosensor
711 Yaun
12 Reagentless
13 a-1-fetoprotein
14 Japanese B encephalitis vaccine
15 Fang
16 Oligonucleotide
17 Mercaptohexyl
18 5’-phosphate
19 Cysteamine
20 Self-assembled

21 wang
22 Hybridation
23 Differential pulse voltammetry

24 Willner


منابع:

1) Xiliang Luo, Aoife Morrin, Anthony J. Killard, Malcolm R. Smyth, "Application of Nanoparticles in Electrochemical Sensors and Biosensors", 2005.

2) قلی زاده، اعظم( 1391 )، بررسی رفتار الکتروشیمیایی حسگرهای زیستی بر پایه نانولوله های کربنی عمودی: دانشگاه صنعتی شریف، پژوهشکده علوم وفناوری نانو، پایان نامه دکتری.

نظرات  (۰)

هیچ نظری هنوز ثبت نشده است

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی