ساخت آپتاحسگرهای نوری بر پایه ی نقاط کربنی برای اندازه گیری آدنوزین تری فسفات، متاآمفتامین، استامی پراید، لیزوزیم و یون پتاسیم

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this thesis, several aptasensors were constructed using carbon dots (CDs), nanosheets and magnetic nanoparticles and were used to determine several chemical species. In the first part, a new fluorimetric aptasensor was designed for the determination of adenosine triphosphate (ATP) based on magnetic nanoparticles (M) and CDs. Under the optimal conditions, the limit of detection was estimated to be 1.0 pmol L –1 with a dynamic range of 3.0 pmol L –1 to 5.0 nmol L –1 . High sensitivity, acceptable selectivity and low detection limit are the most important advantages of the present aptasensor. In the second study, the combination of CoOOH nanosheets and carbon dots (CDs) was used in the aptasensor based on fluorescence quenching for determination of methamphetamine. The conjugated CDs with aptamers were able to enclose the CoOOH nanosheets as a quencher. Consequently, fluorescence is quenched. In the presence of methamphetamine, the aptamer on the CD binds MTA, the CDs are detached from CoOOH nanosheets and fluorescence is restored proportionally to the MTA concentration. The fluorometric limit of detection is 1.0 nmol L –1 with a dynamic range from 5.0 to 156 nmol L –1 . Theoretical and molecular dynamic simulation studies were used to analyze the distance between CoOOH nanosheets and CDs and the interactions between methamphetamine and the aptamer. In the third study, a fluorometric free-label aptasensor has been described and applied for the determination of acetamiprid. The acetamiprid aptamers with a negative charge bind to the surface of cationic carbon dots (cCDs) due to electrostatic attractions. As a result fluorescence quenching was accrued. In the presence of acetamiprid, the aptamer binds to acetamiprid with strong and specific affinity. Therefore, fluorescence increases proportionally to the acetamiprid concentrations. This method has a low detection limit of 0.3 nmol L –1 with a dynamic range from 1.6 to 120 nmol L –1 . In the fourth study, a simple fluorometric dual-functional aptasensor was designed to detect Lysozyme (LYS) and ATP simultaneously. The conjugated CDs to aptamers were able to enclose the CoOOH nanosheets as quencher and consequently, the fluorescence signal was quenched. With addition target analytes to the system, the aptamers folded around of targets with the strong and specific affinity. Therefore, the labeled aptamer with CDs was detached from CoOOH nanosheets and the fluorescence signal was restored. Under optimal conditions, detection limits were found 4.0 and 1.8 nmol L -1 for LYS and ATP using the least squared support vector machine (LS-SVM), respectively. In the final study, for the first time, quenching properties of some transition metal (Co, Cu, Fe, Mn) sulfide nanosheets were investigated against conjugated carbon dots to the aptamer. The results showed that CoS and CuS nanosheets have more quenching ability. In the following, they were used as quenchers for aptasensing of potassium ions (K + ). Upon the addition of K + to the solution, the recovery time of the fluorescence signal for CoS nanosheets was less than CuS nanosheets. As a result, CoS nanosheets were chosen as a quencher. Under the optimized conditions, the linear range was obtained 8.0-120 µmolL -1 with a detection limit of 1.1 µmolL -1 . The proposed aptasensor was used for analysis K + in real samples and provided acceptable results.

در این رساله زیست حسگرهای نوری بر پایه نقاط کربنی و آپتامر طراحی شد و با به کارگیری روش ها و واسطه هایی مانند نانو ذرات مغناطیسی آهن، نانو صفحات هیدروکسی اکسی کبالت و کبالت سولقید برای اندازه گیری مولکول های زیستی استفاده شدند. در تحقیق اول یک آپتاحسگر بر پایه نقاط کربنی و نانوذرات مغناطیسی جهت اندازه گیری آدنوزین تری فسفات طراحی شد. به این منظور نقاط کربنی تهیه شده از سیتریک اسید و اتیلن دی آمین به مکمل آپتامر آدنوزین تری فسفات متصل شد. هم چنین آپتامر آدنوزین تری فسفات روی نانوذرات مغناطیسی آهن تثبیت شد. در حضور آدنوزین تری فسفات به عنوان آنالیت، مکمل آپتامر متصل شده به نقاط کربنی از آپتامر خود جدا شده و سیگنال فلورسانس افزایش می یابد. در شرایط بهینه شده محدوده ی خطی روش 9- 10×0/5- 12- 10×0/3 مول بر لیتر و حدتشخیص 12- 10×0/1 مول بر لیتر به دست آمد. کارایی آپتاحسگر نوری گزارش شده در پلاسمای خون انسان ارزیابی شد. از روش های شبیه سازی دینامیک مولکولی و داکینگ برای بررسی نحوه‌ی اتصال آنالیت به جایگاه اتصال آپتامر استفاده شد. درتحقیق دوم از ترکیب نقاط کربنی و نانو صفحات اکسی هیدروکسی کبالت در آپتاحسگرها استفاد شد که به عنوان روشی ساده، حساس و انتخابی برای اندازه گیری متاآمفتامین بر پایه ی انتقال انرژی رزونانس فلورسانس معرفی شد. شدت نشر نقاط کربنی متصل به آپتامر ضد متاآمفتامین در حضور نانوصفحات اکسی هیدروکسی کبالت به دلیل برهمکنش الکترونی بین نانوصفحه با توالی نوکلئوتیدی آپتامر، کاهش می یابد. با افز.دن متاآمفتامین به محلول شدت فلورسانس شروع به افزایش می کند. تحت شرایط بهینه، محدوده ی خطی روش در گستره 156-0/5 نانومول بر لیتر با حد تشخیص2/1 نانومول بر لیتر در بافر فسفات به دست آمد. در این پژوهش از روش های تئوری و دینامیک مولکولی برای نشان دادن فاصله بین نانو صفحه و نقاط کربنی و برهمکنش بین آپتامر و متاآمفتامین استفاده شد. در تحقیق سوم یک حسگر نوری بر پایه ی آپتامر و نقاط کربنی برای اندازه گیری استامی پراید طراحی شد. به این منظور، نقاط کربنی کاتیونی از سیترومونیم برومید CTAB به روش هیدروترمال سنتز و به عنوان ردیاب فلورسانس استفاده شدند. با افزایش آپتامر با بار منفی به محلول حاوی نقاط کربنی، سیگنال فلورانس به دلیل پوشش نقاط کربنی توسط آپتامرها کاهش می یابد. در حضورگونه ی هدف استامی پراید، آپتامر با آنالیت با میل ترکیبی بالا تشکیل کمپلکس می دهند. بنابراین، سیگنال فلورسانس نسبت به غلظت استامی پراید افزوده شده، افزایش می یابد. آپتاحسگر طراحی شده دارای حد تشخیص 3/ 0 نانومول بر لیتر و محدوده دینامیکی 6/1 تا 120 نانومول بر لیترمی باشد. درمطالعه ی چهارم ، آپتاحسگر دوتایی ساده بر پایه انتقال انرژی تشدید فلورسانس برای تشخیص هم زمان مولکولهای کوچک و پروتئین ها طراحی شد. آدنوزین تری فسفات و لیزوزیم به عنوان مدل های مولکول کوچک و پروتئین انتخاب شدند. اساس این شناسایی برهم کنش بین نانو صفحات اکسی هیدروکسی کبالت به عنوان خاموش کننده فلورسانس و نقاط کربنی متصل شده به آپتامرها به عنوان فلوروفور می باشد. شدت نشر نقاط کربنی متصل به آپتامرها در حضور نانو صفحات اکسی هیدروکسی کبالت کاهش می یابد. در حالی که با افزودن گونه های هدف به محلول، آپتامرها به گونه مورد نظر متصل شده و از سطح نانوصفحات دور می شوند. تحت شرایط بهینه شده با استفاده الگوریتم ماشین پردازش پشتیبان، مقادیر حد تشخیص برای آدنوزین تری فسفات و لیزوزیم به ترتیب 3/1, 84/0 و محدوده خطی 2/6-105 و 1/3-110 نانومول بر لیتر به دست آمد. درتحقیق پنجم خاصیت خاموش کننده گی نانوصفحات برپایه ی سولفید مورد بررسی قرارگرفته شد. به این منظور نانوصفحات کبالت سولفید (CoS)، مس سولفید (CuS)، منگنز سولفید (MnS) و آهن سولفید (FeS) سنتز شدند. سپس میزان قدرت خاموش کنندگی آن ها در مقابل نقاط کربنی بررسی شد. نتایج نشان دادند که سولفید کبالت و سولفید مس قدرت خاموش کنندگی بیشتری دارند. در ادامه این خاموش کننده ها برای اندازه گیری پتاسیم به روش آپتاحسگر استفاده شدند. نقاط کربنی متصل شده به آپتامر پتاسیم در حضور نانوصفحات CoS و CuS خاموش شدند. با افزودن پتاسیم به محلول، زمان بهبود پاسخ فلورسانس برای نانوصفحات CoS خیلی کمتر از نانوصفحات CuS به دست آمد. در نتیجه نانوصفحات CoS به عنوان خاموش کننده انتخاب شدند. تحت شرایط بهینه گستره ی خطی برای پتاسیم در محدوده 0/8 تا 120 میکرومول بر لیتر و حد تشخیص 1/1 میکرولیتر به دست آمدند.