لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مطالعه یک نانوبیوسنسور برای تشخیص گاز اتانول ساخته شد. برای ساخت آن در مرحله اول نانوکامپوزیت گرافن اکساید-پلی آنیلین سنتز شد و برای بررسی ترکیب شیمیایی و مورفولوژی و ساختار آن آنالیز های طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی میدان مغناطیسی(FE-SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری(HR-TEM) و پراش اشعه ایکس(XRD) انجام شد و نتایج نشان دهنده این است که سنتز گرافن اکساید به درستی انجام شده و ذرات پلی آنیلین به خوبی و به صورت فیزیکی و شیمیایی بر سطح صفحات گرافن اکساید پیوند یافته اند. آنالیزها نشان دهنده این هستند که تشکیل زنجیره های پلیمری پلی آنیلین بر سطح گرافن اکساید باعث شده که صفحات گرافن اکساید که در حالت عادی به صورت صفحات صاف و یکنواخت هستند به صورت صفحات ناصاف و غیر یکنواخت تغییر شکل یابند که علت آن تشکیل درست نانو کامپوزیت گرافن اکساید-پلی آنیلین است. در مرحله دوم نانو کامپوزیت تشکیل شده را بر روی الکترودهایی با روکش نقره قرار داده و سپس با قرار دادن نانو ذرات اکسید اکسید قلع قسمت های مختلف نانوبیوسنسور نسبت به گاز اتانول حساس شد. میزان پاسخ و حساسیت نانو بیوسنسور نسبت به هریک از گازهای اتانول، دی اکسید کربن، متان و آمونیاک، با انجام آزمایش های آمپرومتریک مورد سنجش قرار گرفت و نتایج نشان داد که حساسیت نانو بیوسنسور ساخته شده برای تشخیص گاز اتانول قابل قبول می باشد. بررسی نتایج حاصل از انجام آزمایش های الکتروشیمیایی نشان داد که نانوبیوسنسور به وجود گازهای آمونیاک و متان نیز اندکی پاسخ می دهد.

استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها منجر به تجمع بقایای آن ها در محیط زیست شده است که به دلیل پتانسیل آن ها در ارتقاء مقاومت آنتی بیوتیکی تهدیدی قابل توجه برای سلامت اکولوژیکی و انسان است. تشخیص این بقایا به دلیل غلظت کم و پیچیدگی نمونه های محیطی بحث برانگیز است. روش های سنتی نیز برای تشخیص این باقی مانده ها اغلب دست وپا گیر، وقت گیر و فاقد حساسیت هستند. نانوبیوسنسورهایی الکتروشیمیایی، فیزیکوشیمیایی، گاز، مولکولی و متابولیکی راه حل امیدوارکننده ای را ارائه می دهند که حساسیت، انتخابی بودن و قابلیت های تشخیص سریع مقادیر کم باقی مانده آنتی بیوتیک ها در محیط را ارائه می دهند. مقالات مورد بررسی در پژوهش مروری حاضر مربوط به دوره زمانی 2014 تا 2024 است. این مطالعه کاربرد نوآورانه فناوری نانوبیوسنسورها را به عنوان راه حلی در تشخیص باقی مانده های آنتی بیوتیک ها در محیط بررسی می کند و علاوه بر این، مقاله به دنبال مشخص کردن پتانسیل ادغام هوش مصنوعی (AI) با فناوری نانوبیوسنسور برای افزایش قابلیت های تشخیص باقی مانده آنتی بیوتیک ها در محیط زیست و غلبه بر برخی محدودیت ها در این مسیر است.

زمینه و هدف: نانوبیوسنسورها می توانند به جای روش های تشخیص قدیمی باکتری اشریشیاکولی O157:H7 مورد استفاده قرارگیرند. در این تحقیق، یک نانوبیوسنسور برای تشخیص بخشی از ژن rfbE باکتری اشریشیا کولی O157:H7توسط تثبیت و هیبریداسیون توالی تک رشته (ssDNA) DNA در سطح الکترود اصلاح شده با نانو ذرات طلا مورد بررسی قرارگرفته است.مواد و روش ها: روش طیف بینی امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی خواص حسگری الکترود اصلاح شده مورد استفاده قرارگرفته است. سطح الکترود کار با روش الکتروشیمیایی توسط نانوذرات طلا اصلاح شد. توالی تک رشته ی DNA تیوله با روش تک لایه ی خود تجمعی، روی سطح الکترود طلا به مدت دو ساعت تثبیت شد. تک لایه ی مخلوط، شامل مرکاپتوهگزانول و مرکاپتوپروپیونیک اسید به عنوان یک لایه ی مسدودکننده استفاده گردید. هیبریداسیون DNA/DNA با غوطه ورسازی الکترود طلای اصلاح شده با ssDNA در غلظت 1 میکرومولار DNA هدف انجام شد.یافته ها: نتایج نشان داد که الکترود اصلاح شده با نانوذرات طلا پس از تثبیت ssDNA، به طور موثری ژن rfbE باکتری اشریشیا کولی O157:H7 را ازطریق هیبریداسیون DNA تشخیص می دهد. نانوبیوسنسور گزینش پذیری بسیار خوبی در تشخیص توالی DNA هدف نسبت به توالی دارای باز ناجور و توالی غیر مکمل نشان داد.نتیجه گیری: با توجه به نتایج به دست آمده و بررسی مطالعات مشابه، نانوبیوسنسور الکتروشیمیایی مبتنی بر هیبریداسیون DNA، دارای مزایایی ازجمله هزینه ی کم، سادگی و کوچک سازی می باشد و می تواند زمینه ای برای توسعه ی ابزار تشخیص ژنومی را فراهم آورد.

ژن APC در ctDNA به عنوان یک نشانگر زیستی بالقوه برای تشخیص سرطان پیشنهاد شده است. یک نانوحسگر زیستی مبتنی بر نانولوله کربنی چند دیواره )MWCNT( و پروب DNA دارای ماده فلوئوروفورFAM (6-carboxyfluorescein) برای تشخیص ژن APC در ctDNA ، که برای شناسایی بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال CRC) )ساخته شده است. این روش مبتنی بر جذب و تثبیت DNA تک رشته ای ssDNA نشاندار شده با FAM بر روی MWCNT است که منجر به خاموش شدن نشر فلورسانسی FAM می شود. با افزودن DNA مکمل آن )cDNA(، که منجر به آزادسازی پروب DNA تک رشته ای ssDNA از سطح MWCNT شد و یکDNA دو رشته ای )dsDNA( تشکیل شد که منجر به بازگشت نشرفلورسانسی FAMگردید. در حالی که در مورد DNA غیرمکمل، dsDNA مربوطه تشکیل نشد و بنابراین بازگشت نشرفلورسانسیFAM را نداشتیم. نتایج این مطالعه نشان داد که نانوحسگر زیستی مبتنی بر نانولوله های کربنی، علاوه بر روش های موجود، می تواند به عنوان یک روش با حساسیت بالا برای تشخیص زودهنگام CRC مورد استفاده قرار گیرد

زمینه و هدف: علائم بالینی بیماران آلوده به باکتری اشریشیاکولی O157:H7 دامنه وسیعی دارد و تشخیص بیماری از روی علایم آن دشوار است. روش های تشخیص متعارف عوامل بیولوژیک دارای معایب بسیاری می باشند. هدف از انجام این تحقیق، تشخیص توالی ژن rfbE در نمونه واقعی باکتری اشریشیاکولی O157:H7 به وسیله نانوبیوسنسور الکتروشیمیایی بود.روش بررسی: در این مطالعه تجربی، برای آماده سازی نمونه قبل از سنجش با نانوبیوسنسور، ژنوم باکتری اشریشیاکولی O157 به روش CTAB-NaCl و با استفاده از کیت تخلیص DynaBioTM DNA Extraction Mini Kit استخراج گردید. هضم آنزیمی DNA ژنومی باکتری اشریشیاکولی O157 در دمای 37 درجه سانتی گراد و به مدت 4 دقیقه و دناتوراسیون حرارتی صورت گرفت. به منظور اطمینان، ژن rfbE باکتری اشریشیاکولی O157: H7 توسط واکنش PCR تشخیص داده شد. توالی ژن rfbE در نمونه واقعی باکتری اشریشیاکولی O157: H7 به وسیله نانوبیوسنسور مبتنی بر هیبریداسیون DNA مورد سنجش قرار گرفت.یافته ها: نتایج به دست آمده از مقاومت انتقال بار بیانگر بر هم کنش مناسب بین ssDNA تثبیت شده روی الکترود با DNA ژنوم هضم شده باکتری اشریشیاکولی O157:H7 و محصول PCR بوده و نشان دهنده تشخیص موفقیت آمیز قطعه ای از ژن rfbE باکتری اشریشیاکولی O157:H7 می باشد. این نانوبیوسنسور قادر به تشخیص ژنوم هضم شده باکتری تا رقت 6-10 بود که این رقت متناظر با غلظت 102 باکتری اشریشیاکولی در میلی لیتر است.نتیجه گیری: در این تحقیق، نانوبیوسنسور مبتنی بر هیبریداسیون DNA برای تشخیص توالی ژن rfbE در نمونه واقعی باکتری اشریشیاکولی O157:H7 با دقت و حساسیت مطلوب به کارگیری شد که می تواند زمینه ای برای ساخت ابزار تشخیص DNA باشد.

توسعه هر نوع بیوسنسور با چالش هایی در زمینه بهینه سازی پارامترها و کالیبراسیون مواجه است. در این تحقیق رویکردی مبتنی بر یادگیری ماشین برای مدل سازی و بهینه سازی مولفه های تاثیرگذار در ساخت نانوبیوسنسور الکتروشیمیایی بر اساس الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با گرافن اکسید و نانومیله طلا در شرایط کاری آزمایشگاهی ارائه شده است. پاسخ نانوبیوسنسور به عنوان خروجی و تاثیر هشت عامل موثر شامل: غلظت گرافن اکسید، غلظت نانو میله های طلا، غلظت پروب تک رشته ای، مدت زمان ماند پروب تک رشته ای بر روی الکترود اصلاح شده، مدت زمان ماند MCH بر روی الکترود اصلاح شده، مدت زمان هیبریداسیون پروب و الیگونوکلئوتید هدف، غلظت محلول شناساگر اوراست بلو، مدت زمان ماند اوراست بلو، به عنوان ورودی های مدل شبکه عصبی برای آموزش و توسعه مدل مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج بدست آمده نشان داد که خروجی مدل همخوانی قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی داشته و مدل می تواند پاسخ نانوبیوسنسور را با دقت 91/96 درصد و میانگین درصد خطای مطلق 5090/5 درصد پیش بینی کند. در پایان با استفاده از الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه متغیرهای ورودی برای دستیابی به حداکثر جریان پاسخ نانوبیوسنسور، محاسبه گردید. نتایج بهینه سازی نشان داد که این روش عملکرد مناسبی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دارد و می تواند برای ساخت و طراحی نانوبیوسنسور مورد استفاده قرار بگیرد.

مقدمه: ژن APC در ctDNA و miR-21-5p به عنوان نشانگرهای زیستی بالقوه برای تشخیص سرطان پیشنهاد شده اند.روش کار: در این مطالعه فوق یک نانوحسگر زیستی مبتنی بر نانولوله کربنی چند دیواره (MWCNT) و پروب DNA دارای ماده فلوئوروفورFAM (6- کربوکسی فلورسین) برای تشخیص ژن APC در ctDNA ، و پروب DNA دارای ماده فلوئوروفور ROX (5-کربوکسی-x-رودامین) برای تشخیص miR-21-5p، برای شناسایی بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال (CRC) طراحی شده است. این روش مبتنی بر جذب و تثبیت DNA تک رشته ای (ssDNA) نشاندار شده با FAM و ROX بر روی MWCNT است که منجر به خاموش شدن نشر فلورسانسیFAM و ROX می شود. با افزودن DNA های مکمل آن ها(cDNA) ، که منجر به آزادسازی پروب های DNA تک رشته ای (ssDNA) از سطح MWCNT شده و یک DNA دو رشته ای (dsDNA) تشکیل شده که منجر به بازگشت نشرفلورسانسی FAM و ROXگردید. یافته ها: در این مطالعه، حساسیت فلوروفور FAM  نانومولار(50 nM) و حساسیت فلوروفور ROX، نانومولار( ( nM25) به دست آمد. مدت زمان پاسخ دهی در حضور رشته هدف 12دقیقه است. LOD و LOQ بیوسنسور DNA به صورت تکی به ترتیب 1.12 نانومولار و 3.2 میکرومولار به دست آمد.نتیجه گیری: نتایج این مطالعه نشان داد که نانوحسگر زیستی مبتنی بر نانولوله های کربنی و پروب DNA ، علاوه بر روش های موجود، می تواند به عنوان یک روش با حساسیت بالا برای تشخیص زودهنگام CRC مورد استفاده قرار گیرد.

مطالعه و شناسایی روش های تشخیصی سریع با حساسیت بالا، بسیار شایان توجه قرار گرفته است؛ ازجمله نانوبیوسنسورهای آنزیمی که به سرعت، نتایج را براساس یک واکنش آلی پیشرفته بین نانوذره، آنزیم و سوبسترا نشان می دهند. در این مطالعه، نانوذرات اکسید روی، اکسید قلع و نانولوله های کربنی چندجداره ساده و عامل دار، به عنوان مولکول های مارکر به همراه آنزیم بتاگالاکتوزیداز استفاده شدند. پس از سنتز، ساختار نانوذرات با آنالیزهای XRD، FTIR و  UV-DRS تأیید شد. فعالیت آنزیمی بتاگالاکتوزیداز در حضور ONPG تعیین شد. مقادیر مختلف نانوذرات در حضور آنزیم با مقدار ثابت، استفاده و بهترین مقدار، در مهار فعالیت لاکتازی آنزیم تعیین شد. در مرحله بعد، غلظت های مختلفی از باکتری اشرشیا کلای (108-101) به محیط، اضافه و توانایی هریک از نانوذرات در تشخیص باکتری با هم مقایسه شد. این ترکیبات به دلیل اندازه کوچک، مساحت سطحی و واکنش پذیری بالا، قادر به تشخیص کمترین مقدار باکتری در محیط بودند. درواقع باکتری ها پس از حضور در محیط به نانوذرات، متصل و مانع از اتصال آنها به آنزیم شدند که این امر به شروع فعالیت آنزیمی منجر شد. نتایج نشان دادند نانولوله های کربنی، قدرت بیشتری در شناسایی باکتری هدف دارند و توانستند حداقل غلظت CFU/ml 10 از باکتری را در کمتر از 15 دقیقه شناسایی کنند. از نانوذرات می توان برای تشخیص حداقل آلودگی های میکروبی در کمترین زمان، به ویژه در صنعت مواد غذایی استفاده کرد.