19641

۱۹۶۴۱

طراحي و ساخت زيست حسگر الكتروشيميايي بر پايه ي نانوكامپوزيت گرافن دوپ شده با نيتروژن/نانوذرات فلزي/پلي آنيلين جهت تشخيص زيست نشان گرهاي سرطان پستان در گردش خون

دكتري تخصصي

شيمي تجزيه

۹۷-۹۸

۱۳۹۷/۰۸/۲۲

دكتر علي غفاري نژاد - دكتر كيوان مجيدزاده

دكتر امير صنعتي نژاد - دكتر سيد مرتضي نقيب

شيمي

براي گسترش نانوكامپوزيت¬ها با طيف گسترده¬اي از هدايت، حساسيت، گزينش¬پذيري و پاسخ خطي جهت كاربردهاي زيست¬حسگري الكتروشيميايي چالش¬هايي وجود دارد. براي مقابله با اين چالش¬ها، نانوكامپوزيتي مقياس¬پذير بر پايه¬ي آرايش ساندويچي گرافن عامل¬دار شده¬ي دوپ شده با نيتروژن كه با نانوذرات فلزي دكور شده و نانوساختار پلي¬آنيلين، طراحي و ساخته شد. در ميان نانوذرات فلزي مختلفي كه در اين مطالعه بررسي شد (طلا، نقره و مس)، نانوذرات نقره به دليل هدايت تبادل الكترون بالاتر، دسترسي آسان¬تر و هزينه¬ي به نسبت پايين¬تر انتخاب شد. اصلاح سطح الكترود بسيار ارزان¬قيمت قلع اكسايد دوپ شده با فلورين با اين نانوكامپوزيت، مقاومت تبادل بار را به يكباره از مقدار 11000 به 6 اهم (3 مرتبه تكرار، 5 > RSD) كاهش داد. نانوحسگر طراحي شده براي شناسايي غير آنزيمي، سريع، پايدار و تكثيرپذير آسكوربيك اسيد با ساختاري ساده در حضور مزاحمت¬هاي الكتروفعال و هم¬چنين تشخيص دقيق و ويژه¬ي اين زيست¬مولكول در قرص¬هاي ويتامين C با بازيابي 98% به كارگرفته شد. عملكرد بالاي اين حسگر در تشخيص با حساسيت بالاي آسكوربيك اسيد را مي¬توان به هدايت تبادل الكترون فوق¬العاده¬ي گرافن/پلي¬آنيلين و فعاليت كاتاليستي عالي نانوذرات نقره نسبت داد. نتايج نشان مي¬دهند كه اين نانوكامپوزيت مي¬تواند گزينه¬ي اميدبخشي براي تشخيص سريع و انتخابي آسكوربيك اسيد در نمونه¬هاي باليني باشد. و اما تشخيص سلول¬هاي سرطاني در سطح تك سلولي نياز به گروه جديدي از الكترودهاي پوشش داده شده با نانو كامپوزيت همراه با حساسيت و ويژه بودن استثنايي دارد. نانوكامپوزيت ارائه شده با نوعي آنتي بادي (پادتن) ويژه جهت تشخيص فوق حساس سلول¬هاي سرطاني پستان SK-BR3 اصلاح شد و نانوحسگرايمني به دست آمده پاسخ سريع 30 دقيقه¬اي در محدوده¬ي وسيع خطي cells mL-1 106×5 – 10، حد تشخيص بسيار پايين cells mL-1 2 و بازيابي بزرگتر از %90 براي تشخيص بدون برچسب سلول¬هاي سرطاني در كل نمونه خون بدون نياز به آماده سازي نمونه و رنگ آميزي سلول نشان داد. MicroRNAs، RNAهايي كوچك و غير كد شونده هستند كه به طور غير طبيعي در بسياري از تومورها بيان مي¬شوند و به عنوان زيست¬نشان¬گرهاي پيش بيني كننده براي تشخيص زودهنگام چندين سرطان از جمله سرطان پستان شناسايي شده¬اند. بنابراين، تشخيص بدون برچسب و فوق حساس miRNAs از اهميت حياتي برخوردار است. جهت تشخيص miR-21 به عنوان نشان¬گري شناخته شده براي سرطان پستان نانوژنوحسگري حساس و بدون برچسب بر پايه¬ي نانوكامپوزيت فوق كاراي ساخته شده، توسعه يافت. به كارگيري اين نانوزيست¬حسگر گزينش پذير و ويژه با حساسيت بالا، منجر به گستره¬ي خطي وسيع µM 10 – fM 10 با حساسيت µA cm-2 5/2 و حد تشخيص پايين fM 2/0 شد. همچنين، اين نانوزيست¬حسگر نتايج بسيار تكثيرپذيري در آناليز نمونه¬هاي خون با درصد بازيابي¬هايي بين %94 تا 107 نشان داد كه مي¬تواند براي تشخيص زود هنگام سرطان پستان با تشخيص مستقيم miR-21 در نمونه¬هاي باليني بدون نياز به آماده سازي نمونه، استخراج RNA و/يا تقويت آن استفاده شود. و در پايان، جهت ساخت الكترودهايي با تكثيرپذيري بالا، قابليت كوچك سازي، سنجش خودكار و ساخت دستگاه¬هاي point-of-care براي اولين بار ميكروتراشه¬اي با قابليت تعويض الكترود طراحي شد. اين سامانه ميكروسيالي ارائه شده توانايي ساخت حسگرهايي پايدار، مقرون به صرفه و تكرارپذير دارد كه دريچه¬اي را براي پايش پيوسته¬ي تغييرات فعاليت زيست¬نشان¬گرها در طول دوره¬ي درمان دارويي مي¬گشايد.

1397/08/27

Design and fabrication of electrochemical biosensor based on nitrogen-doped graphene/metal nanoparticles/polyaniline nanocomposite for the detection of circulatory breast cancer biomarkers

11/13/2019 12:00:00 AM

The challenges remain to develop nanocomposites with a broad range of conductivity, sensitivity, selectivity and linear response for electrochemical biosensing applications. A scalable nanocomposite-based sandwich arrangement of metal nanoparticles-grafted functionalized graphene nanostructured polyaniline was demonstrated to address this challenge. Among different metal nanoparticles tested in this work (gold, silver, and copper), silver nanoparticles were selected owing to its higher charge transfer conductivity, easier access and relatively lower cost. The critical modification of the AgNPs grafted NFG-PANI coated on very low-cost fluorine doped tin oxide electrode increased the charge transfer conductivity of the electrode (the resistance drops down from 11,000 Ω to 6 Ω). The designed nano-sensor was used for non-enzymatic, rapid, stable and highly reproducible detection of ascorbic acid with a simple structure in the presence of electroactive interferences and also to accurately and practically detect this biomolecule as in vitamin C tablets with the recovery of 98%. The enhanced ascorbic acid electrochemical properties of this nanocomposite is attributed to the superior charge transfer conductivity of the graphene/polyaniline and the excellent catalytic activity of silver nanoparticles. The results demonstrate that this nanocomposite can be a promising candidate for rapid and selective detection of AA in practical clinical samples. However, the detection of cancer cells at a single cell level requires a new class of nanocomposite-coated electrodes with exceptional sensitivity and specificity. The presented nanocomposite was modified with a specific antibody for highly sensitive detection of SK-BR3 breast cancer cells and the obtained immunosensor showed a fast response time of 30 min within a wide dynamic range of 10−5×106 cells mL−1, a very low detection limit of 2 cells mL−1, and high efficiency of >90% for the label-free detection of cancer cells in whole blood sample without any need for sample preparation and cell staining. MicroRNAs are small and noncoding RNAs, shown to be expressed abnormally in many tumors and identified as predictive biomarkers for early diagnosis of several cancers including the breast. Therefore, the label-free and highly sensitive detection of miRNAs is of critical significance. The highly sensitive and label-free nano-genosensor was developed for the detection of miR-21, a known breast cancer biomarker, based on high performance fabricated nanocomposite. Applying this selective and specific nano-biosensor with high sensitivity resulted in detection of a wide dynamic range of 10 fM - 10 μM with a sensitivity of 2.5 μA cm-2 and a low detection limit of 0.2 fM. This nano-biosensor also demonstrated highly reproducible results in the analysis of blood samples, with recoveries between 94 to 107%, and could be used for early detection of breast cancer by direct detection of the miRNA-21 in real clinical samples without any need to sample preparation, RNA extraction and/or amplification. Ultimately, for the first time, a microchip with a replaceable electrode was designed to create electrodes with high reproducibility, miniturizability, automatic sensing and fabricating point-of-care devices. The proposed microfluidic system has the ability to make stable, cost effective, and repeatable sensors that open the avenue to continuously monitor the changes in biomarkers activity during the drug treatment period.