31758

طراحي يك حسگر چند عاملي نانوزيمي به منظورتشخيص زيست‌نشانگر بيماري ALS در بزاق

كارشناسي ارشد

شيمي تجزيه

1401

1403/06/27

دكتر روح اله زارع دورابي

دكتر خيبر دشتيان

شيمي

اسكلروز جانبي آميوتروفيك (ALS) يكي از مخرب‌ترين بيماري‌هاي عصبي است كه به‌تدريج باعث از بين رفتن ميلين آكسون و دندريت نورون‌هاي حركتي فوقاني و تحتاني مي‌شود. اين بيماري منجر به از دست دادن توانايي كنترل عملكردهاي حياتي مانند راه رفتن، تنفس، بلع و صحبت كردن مي‌گردد. به همين دليل، پايش سلامت و غربالگري افراد براي تشخيص زودهنگام اين بيماري از اهميت بالايي برخوردار است. رديابي و تشخيص زودهنگام ALS از طريق پايش مستمر نشانگرهاي زيستي در بزاق، به‌عنوان روشي غيرتهاجمي بسيار مفيد است. در تحقيق حاضر، حسگري چندپاسخي (رنگ‌سنجي، فلوروسنجي و الكتروشيميايي) بر پايه نانوزيم‌هاي مبتني بر چارچوب‌هاي فلز-آلي دوفلزي سريم و واناديوم (UiO-66-NH2(Ce/V)) كه درون هيدروژل آگارز تلقيح شده‌اند، براي تشخيص نشانگر زيستي ال-سرين معرفي شده است. بررسي‌هاي فيزيكي، شيميايي و الكتروشيميايي نانوزيم نشان مي‌دهد كه اين تركيب داراي ويژگي‌هاي مطلوبي براي واكنش‌هاي كاتاليزوري شبه‌پراكسيدازي است. نانوزيم UiO-66-NH2(Ce/V) با عملكرد شبه‌پراكسيدازي، باعث اكسايش ردياب‌هاي اكسايش-كاهش تترامتيل بنزيدين (TMB) در حسگر رنگ‌سنجي، ارتوفنيلين-دي‌آمين (OPD) در حسگر فلوروسنجي و تترامتيل بنزيدين (TMB) در حسگر الكتروشيميايي شده است. اكسايش ردياب‌ها منجر به تشكيل تركيبات رنگي در حسگرهاي رنگ‌سنجي و فلوروسنجي و ايجاد پيك‌هاي آندي و كاتدي در حسگر الكتروشيميايي مي‌شود. با افزايش غلظت ال-سرين، واكنش‌هاي اكسايش-كاهش مهار شده و شدت رنگ‌ها و پيك‌هاي حسگرها كاهش مي‌يابد. متغيرهاي عملياتي مانند زمان پاسخ، pH، غلظت نانوزيم، غلظت آگارز، غلظت ردياب‌ها و غلظت عامل اكسنده براي دستيابي به بهترين نتايج بهينه‌سازي شدند. بهترين پاسخ‌ها در هر سه حسگر به ترتيب در pH برابر با 4، غلظت نانوزيم 22/0% وزني/حجمي براي حسگر رنگ‌سنجي، 20/0% براي حسگر فلوروسنجي، و 47/0% براي حسگر الكتروشيميايي، غلظت آگارز 92% در حسگر رنگ‌سنجي، 2/86% در حسگر فلوروسنجي، و 62/35% در حسگر الكتروشيميايي به دست آمد. همچنين، غلظت ردياب‌هاي كروموژني براي هر سه حسگر به ترتيب 5/2، 4 و 7/0 ميلي‌مولار و غلظت عامل اكسنده 3% حجمي در حسگرهاي رنگ‌سنجي و فلوروسنجي بودند. زمان بهينه براي هر سه حسگر به ترتيب 60، 40 و 120 ثانيه محاسبه شد. محدوده خطي حسگرها براي تشخيص ال-سرين به ترتيب 1-250 ميكرومولار در حسگر رنگ‌سنجي، 1-250 ميكرومولار در حسگر فلوروسنجي، و 0.3-250 ميكرومولار در حسگر الكتروشيميايي بود. حد تشخيص نيز به ترتيب 27/0، 26/0 و 076/0 ميكرومولار به دست آمد. حسگرهاي پيشنهادي با انحراف استاندارد كمتر از 5% و عملكرد مناسب از نظر گزينش‌پذيري و تكرارپذيري، توانايي تشخيص نشانگر ال-سرين در نمونه‌هاي بزاق انساني با درصد بازيابي 20/92 تا 50/107 را نشان دادند. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه اين حسگرها پتانسيل بالايي براي استفاده در سامانه‌هاي مراقبت در محل جهت پايش نشانگر زيستي ALS دارند و مي‌توانند به‌عنوان رويكردي اميدواركننده براي تشخيص زودهنگام اين بيماري مطرح شوند.

1403/10/08

Design of a nanozyme multifunctional sensor to detect the biomarker of ALS disease in saliva

9/17/2025 12:00:00 AM

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is one of the most devastating neurological diseases, progressively damaging the myelin sheath of axons and dendrites in both upper and lower motor neurons. This deterioration results in the loss of control over vital functions such as walking, breathing, swallowing, and speaking. Therefore, monitoring individuals’ health and screening for early diagnosis of this disease is crucial. Early detection of ALS through continuous monitoring of biomarkers in saliva offers a highly effective, non-invasive method. In this study, a multi-response sensor (colorimetric, fluorometric, and electrochemical) based on nanozymes within a bimetallic cerium and vanadium metal-organic framework (UiO-66-NH2(Ce/V)), integrated into agarose hydrogel, was developed for detecting the biomarker L-serine. Physical, chemical, and electrochemical analyses confirmed that the nanozyme possesses optimal properties for catalytic pseudo-peroxidase reactions. The UiO-66-NH2(Ce/V) nanozyme, functioning as a pseudo-peroxidase, facilitated the oxidation of tetramethylbenzidine (TMB) in the colorimetric sensor, ortho-phenylenediamine (OPD) in the fluorometric sensor, and TMB in the electrochemical sensor. The oxidation of these tracers resulted in the formation of colored compounds in the colorimetric and fluorometric sensors, as well as the development of anodic and cathodic peaks in the electrochemical sensor. Increasing the concentration of L-serine inhibited the oxidation-reduction reactions, causing a reduction in the intensity of both the colors and the sensor peaks. Key operational parameters such as response time, pH, nanozyme concentration, agarose concentration, tracer concentration, and oxidizing agent concentration were optimized to achieve the best performance. The optimal conditions for each sensor were: pH 4, nanozyme concentrations of 0.22% w/v for the colorimetric sensor, 0.20% for the fluorometric sensor, and 0.47% for the electrochemical sensor. Agarose concentrations were 92% for the colorimetric sensor, 86.2% for the fluorometric sensor, and 35.62% for the electrochemical sensor. Additionally, the chromogenic tracer concentrations for the three sensors were 2.5, 4, and 0.7 mM, respectively, with an oxidizing agent concentration of 3% by volume for both the colorimetric and fluorometric sensors. The optimal response times were calculated as 60 seconds for the colorimetric sensor, 40 seconds for the fluorometric sensor, and 120 seconds for the electrochemical sensor. The linear detection ranges for L-serine were 1-250 μM for the colorimetric sensor, 1-250 μM for the fluorometric sensor, and 0.3-250 μM for the electrochemical sensor. The corresponding detection limits were 0.27 μM, 0.26 μM, and 0.076 μM, respectively. These sensors, exhibiting a standard deviation of less than 5%, demonstrated excellent selectivity and reproducibility. They were successfully applied to the detection of L-serine in human saliva samples, achieving recovery rates between 92.20% and 107.50%. The findings suggest that these sensors have significant potential for use in on-site healthcare systems for monitoring disease biomarkers and represent a promising approach for the early diagnosis of the disease.

نانوزيم , چارچوب فلز-آلي دوفلزي , حسگر چندعاملي , زيست نشانگر als , ال-سرين

nanozyme , Bimetallic metal-organic framework , Multifunctional sensor , ALS biomarker , L-serine

arezoo esmaeili

ruholah zare-dorabei