SUPERVISOR
Mohammad Saraji,Majid Talebi
محمد سراجی (استاد راهنما) مجید طالبی (استاد مشاور)
STUDENT
Shila Yousefi
شیلا یوسفی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
Using nanostructure magnetic sorbents for the extraction of DNA and peptides and developing optical aptasensors based on carbon quantum dots for determination of adenosine
The first scope of the present thesis has been focused on the synthesis of new nanosorbents and their application in solid-phase microextraction of DNA and peptides. The other scope of the thesis was developing new optical apatasensors base on synthesized carbon quantum dots for determination of adenosine. In the first study, a zirconia magnetic nanocomposite was prepared by a co-precipitation method in one step. The synthesized nanocomposite was characterized by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and dynamic light scattering. The nanocomposite was applied for the adsorption/desorption of DNA. Experimental parameters controlling adsorption/desorption efficiency were optimized. The nanocomposite provided the adsorption capacity of 53.5 mg g -1 for DNA. The adsorption and desorption efficiency of the sorbent were found to be greater than 98 and 81%, respectively. The zirconia magnetic nanocomposite was used for the purification of plasmid DNA from Escherichia coli cell culture. In the second study, two hydrazide functionalized magnetic nanostructure sorbents base on aminosilane and chitosane were developed for the selective extraction of peptides with N-terminal serine and threonine. The synthesized sorbents characterization was performed by scanning electron microscopy and Fourier transform infrared. The studied peptides were labeled by oxidation of the hydroxyl group in 1,2-amino alcohol structure. The aldehyde-form peptides were immobilized on the surface of the sorbent through the hydrazide group. The formed hydrazone binds were broken by hydroxylamine reagent. The release oximated peptides were determined by HPLC-UV. The effect of extraction time, elution time and elution volume on extraction performance were studied. Extraction and desorption processes were performed in 6-8 h. The both sorbents showed excellent selectivity in extracting peptides with N-terminal serine and threonine in the presence of a peptide with non-N-terminal serine and threonine. The third study described a new optical aptasensor for determination of adenosine (AD) in human urine samples based on fluorescence resonance energy transfer between carbon quantom dots (CQDs) as a donor and a nanocomposite of silver nanoparticles and graphene oxide as quencher. In this work, a green path was introduced to synthesize CQDs with the high quantum yield as 47%, using corn gluten. An amino-modified aptamer was covalently joined to CQDs. This probe detected AD specifically and sensitively in a linear range from 12.5 to 271 nmol L -1 with a detection limit of 5 nmol L -1 . Moreover, the probe showed very good potential for determination of AD in urine samples of lung cancer patients. In the final work, two new simple aptasensor base on fluorescence and absorbance spectrometry for the determination of AD in human urine samples were described. The fluorometric sensor proposed a mixture of new CQDs as fluorescents, silver nanoparticles (Ag) as quencher of CQDs fluorescence and anti-AD aptamer as recognition probe. The second sensor only contained Ag as colorimetric elements and aptamer. The detection of AD for the both sensors was based on the dispersion and aggregation degree of Ag in the presence of salt. The detection limit was obtained 21 and 13 nmol L -1 by absorbance and fluorometric sensors, respectively. The method had high selectivity toward AD in the presence of other interferences.
در تحقیق اول، نانوکامپوزیت مغناطیسی زیرکونیا با روش همرسوبی در یک مرحله آماده شد. نانوکامپوزیت سنتز شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیفسنجی پراش انرژی پرتو ایکس و دستگاه پراکندگی دینامیکی نور مشخصهیابی شد. نانوکامپوزیت حاصل برای جذب و واجذب DNA مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای مؤثر بر بازدهی جذب و واجذب بهینهسازی شدند. ظرفیت جذب نانوکامپوزیت برای DNA، 5/53 میلیگرم بر گرم بهدست آمد. بازدهی جذب و واجذب بهترتیب بالاتر از 98 و 81% گزارش شدند. نانوکامپوزیت برای خالصسازی DNA پلاسمیدی از محیط سلولی اشرشیاکلی نیز استفاده شد. در تحقیق دوم، دو نوع نانوجاذب مغناطیسی با گروه عاملی هیدرازید بر پایه آمینوسیلان و کیتوسان سنتز شدند و برای استخراج گزینشپذیر پپتیدهایی با N-پایانی سرین/ترئونین مورد استفاده گرفتند. جاذبهای سنتزی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیفسنج مادونقرمز تبدیل فوریه مشخصهیابی شدند. پپتیدهای مورد مطالعه با اکسایش گروه عاملی هیدروکسید در ساختار الکلی 2-آمینو نشاندار شدند. پپتیدهای حاصل با گروه عاملی آلدئید، از طریق پیوند با گروه عاملی هیدرازید، روی جاذب تثبیت شدند. پیوندهای هیدرازونی تشکیلشده توسط معرف هیدروکسیلآمین شکسته شدند. پپتیدهای آزاده شده توسط HPLC آنالیز شدند. اثر زمان استخراج، زمان واجذب و حجم بافر شویشی نیز بررسی شد. مجموع زمان های استخراج و واجذب 8-6 ساعت گزارش شد. هر دو جاذب گزینشپذیری خوبی در حضور یک پپتید بدون N-پایانی سرین/ترئونین نشان دادند. در تحقیق سوم، یک آپتاحسگر نوری جدید برای تعیین آدنوزین ارائه شد. این حسگر بر اساس انتقال انرژی بین نقاط کوانتومی کربنی بهعنوان دهنده و نانوکامپوزیت نقره-گرافن، نانوذرات نقره و گرافن اکسید بهعنوان پذیرنده اندازه گیری انجام می دهد. یک سنتز سبز برای تولید نقاط کوانتومی کربنی از گلوتن ذرت با بازدهی کوانتومی 47% ارائه شد. آپتامر با گروه عاملی آمین، بهعنوان عامل شناسایی، به نقاط کوانتومی متصل شد. این حسگر برای اندازهگیری گزینشپذیر آدنوزین در گستره غلظتی خطی 271-12 نانومول بر لیتر استفاده شد. حسگر توانایی خوبی برای اندازهگیری آدنوزین در نمونه ادرار افراد مبتلا به سرطان ریه نشان داد. در تحقیق آخر، دو آپتاحسگر بر پایه طیفسنجی جذبی و فلورسانس برای اندازهگیری آدنوزین در نمونه ادرار انسان ارائه شد. حسگر بر پایه طیفسنجی فلورسانس شامل نقاط کوانتومی کربنی جدید بهعنوان فلورسانسکننده، نانوذرات نقره بهعنوان خاموشکننده و آپتامر ضد-آدنوزین بهعنوان عامل شناسایی بود. حسگر طیفسنجی جذبی، تنها شامل نانوذرات نقره بهعنوان عنصر رنگی و آپتامر بود. اساس هر دو حسگر بر پایه تجمع و پخش شدگی نانوذرات نقره در حضور نمک بود. حد تشخیص روش جذبی و فلورسانس 21 و 13 نانومول بر لیتر به دست آمد. آپتاحسگرها به دلیل حضور آپتامر تخصصی آدنوزین در محیط، گزینشپذیری خوبی برای اندازهگیری آدنوزین نشان دادند.