طراحی و ساخت سنسور بایومارکر VEGF مبتنی بر رزونانس پلاسمون های سطحی
Design, simulation and fabrication of VEGF biomarker biosensor based on surfase plasmon resonanse
مجریان: محمد رضا توحیدکیا
خلاصه روش اجرا: زیست حسگر VEGF (vascular endothelial growth factor) بر پایه مبدل تشدید پلاسمون های سطحی طراحی خواهد شد. با استفاده از ظرفیت نانوساختارها، لایه های مختلفی بر روی طلا بعنوان ماده پلاسمونیکی لایه نشانی خواهد شد و سپس آپتامر اول در نقش پروب زیستی گیرنده و پروب دوم در نقش گزارشگر و تقویت کننده بصورت کوپل شده با نانوذرات مختلف، ساختار ساندویچی تشکیل خواهد شد و پارامترهای حسگری بهبود خواهند یافت. ابتدا بافر رانینگ وارد هر دو کانال فلوسل شده و قسمت بیس لاین در خروجی دستگاه SPR ظاهر می شود. با تزریق بافر نمونه به هر دو کانال و برهمکنش آن با آپتامر گیرنده در کانال اصلی، آشکارسازی شروع می شود و پس از مدتی خروجی به حالت پایدار می رسد و سپس بافر نمونه قطع و بافر رانینگ تزریق شده و تفکیک آنالیت از آپتامر انجام می شود و برای جداسازی کامل آنالیت از آپتامر گیرنده، فرایند بازیابی با تزریق بافر بازیابی بجای بافر رانینگ انجام می شود. در نهایت حسگر آماده تزریق دوباره بافر نمونه شده و این روند ادامه می یابد. خروجی کنترلی از خروجی اصلی کم شده و با استفاده از قسمت مواد و روش ها ( بخش اول) غلظت آنالیت مشخص شده و با غلظت تزریقی مقایسه می گردد. برای بررسی تکرارپذیری هر نمونه سه بار بصورت متوالی تزریق و نتایج بررسی و ثبت می شوند. پس از ثبت و جمع-آوری داده برای غلظت های مختلف، پارامترهای خطیت، رنج پایین آشکارسازی، زمان پاسخ و بازیابی تحلیل می¬شوند. برای بررسی انتخابگری از موادی مانند BSA، HSA ، آمیلاز، IG و IM بجای آنالیت استفاده و خروجی آنها با خروجی آنالیت اصلی مقایسه می شود.
اطلاعات کلی طرح 
| مرحله جاری طرح | خاتمه قرارداد و اجرا |
| کد طرح | 68969 |
| عنوان فارسی طرح | طراحی و ساخت سنسور بایومارکر VEGF مبتنی بر رزونانس پلاسمون های سطحی |
| عنوان لاتین طرح | Design, simulation and fabrication of VEGF biomarker biosensor based on surfase plasmon resonanse |
| نوع طرح | طرح تحقیقاتی |
| اولویت طرح | فناوریهای همگرا و فناوریهای نوین در غربالگری، تشخیص زودرس، توانبخشی و درمان بیماریها |
| نوع مطالعه | طرح تحقیقاتی-پژوهشی |
| تحقیق در نظام سلامت | بلی |
| آیا طرح پایاننامه دانشجویی است؟ | خير |
| مقطع پایان نامه | |
| مدت اجرا - ماه | 24 |
| نوآوری و ضرورت انجام تحقیق | آشکارسازی و تعیین مقدار نشانگرهای زیستی در مطالعات پزشکی، تشخیص کلینیکی و کاربردهای پزشکی از اهمیت بالایی برخوردار است. بخصوص، بایومارکرهای پروتئینی برای بررسی اهداف زیستی بسیار جذاب شده اند چون این بیومولکول ها برای تشخیص فرایندهای پاتوبیولوژیکی بسیاری از بیماری ها مفید هستند. پروتئین VEGF به عنوان بایومارکرتشخیصی و درمانی، در نقش تنظیمَ ننده اصلی رشد و نمو رگ ها در طول رشد جنین و تشکیل رگ های خونی در بافت افراد بالغ بسیار مهم و حیاتی است. در پستانداران، پنج نوع پروتئین VEGF به نام های VEGF A، VEGF B، VEGF C، VEGF D، PLGF وجود دارند که پروتئین VEGF A به عنوان عضو اصلی با نام متعارف پروتئین VEGF با ایزوفرم های VEGF129، VEGF165، VEGF189 و VEGF206 وجود دارد. ایزوفرم VEGF165 غالب بوده و عامل اصلی رشد انواع سرطان های انسانی و متاستاس است. این پروتئین با اتصال به پذیرنده های VEGFR1 و VEGFR2 و تحریک آنها، نقش پروتئین سیگنالینگ را بازی می کند. در این خصوص، برای شروع متاستاس نیاز به منابع خونی مستقل برای تامین اکسیژن و مواد غذایی سلول های سرطانی دارد که منجر به افزایش سطح پروتئین VEGF در خون می شود. بنابراین افزایش سطح پروتئین VEGF می تواند نشانگر احتمال سرطان باشد. از نظر کلینیکی، پروتئین VEGF به عنوان سرم بایومارکر برای بیماری های مختلفی از جمله انواع سرطان ها، بیماری رگ زایی شبکیه چشم، روماتیسم مفاصل، سوریاس و آلزایمر و ... استفاده می شود. با در نظر گرفتن ویژگی های مهم ذکر شده برای این بایومارکر، آشکارسازی آن با بهره-گیری از روش های تحلیلی توجه بسیار زیادی را به خود جلب کرده است. روش های متداول برای آشکارسازی و تعیین غلظت برای آنالیز انواع ایزوفرم های VEGF، شامل الایزا (روش استاندارد)، کروماتوگرافی، طیف سنجی فلوئورسانس و ایمیونولوژی رادیویی هستند. اما این روش ها، معمولاً با بکارگیری تجهیزات پیچیده با پروتکل های سخت انجام می شوند که نیازمند صرف هزینه و زمان زیاد، نیروی انسانی متخصص، حجم زیاد نمونه، بررسی چند مرحله ای هستند. در مقابل، در سال های اخیر، زیست حسگرهای تشخیص بایومارکر VEGF توسعه یافته اند که دارای ویژگی های زمان پاسخ کم، حساسیت و انتخابگری بالا، سادگی و اندازه گیری برخط هستند. زیست حسگرها از یک دیدگاه به دو دسته بدون نیاز به برچسب و نیازمند برچسب گذاری تقسیم می شوند که برای نیل به اهداف زیست حسگرها، اولویت با حسگرهای بدون برچسب است. در ابتدا زیست حسگرهای بایومارکر VEGF مبتنی بر روش های الکتروشیمیایی مانند آمپرمتری، ترانزیستور اثر میدانی مطالعه و ... توسعه یافتند. اخیراً برای افزایش حساسیت و پایداری در برابر تغییرات دمایی و امواج الکترومغناطیس و پایداری زمانی و عمر بالا، از روش های نوری مانند زیست حسگرهای تشدید پلاسمون های سطحی ( SPR) با ویژگی بسیار مهم " عدم نیاز به لیبل گذاری" برای آشکارسازی بایومارکرVEGF استفاده شده اند که پژوهش های ناچیزی در این زمینه صورت گرفته است. |
| اهداف اختصاصی | تاثیر نانوساختارهای مختلف بر عملکرد زیست حسگر -استفاده از ساختار ساندویچی برای بهبود حساسیت و رنج پایین آشکارسازی سنسور -بررسی انتخابگری زیست حسگر -بررسی کاهش اثر پیوندهای غیراختصاصی با استفاده از غیرفعال سازی سطح زیست حسگر |
| چکیده انگلیسی طرح | Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a key regulator of vascular formation and a predominant protein biomarker in cancer angiogenesis. Owing to its crucial roles in the cancer metastasis, VEGF detection and quantification is of great importance in clinical diagnostics. Today, there exist a wide variety of detection strategies for identifying many types of disease biomarkers, especially for VEGF. As artificial single-stranded DNA or RNA oligonucleotides with catalytic and receptor properties, aptamers have drawn lots of attention to be applied in biosensing platforms due to their target-induced conformational changes as well as high stability and target versatility. So far, various sensitivity-enhancement techniques in combination with a broad range of smart nanomaterials have integrated into the design of novel aptasensors to improve detection limit and sensitivity of analyte detection. we tend to focus on the optical, specially SPR (surface plasmon resonance) structures to improve the important parameters of the existing VEGF biosensors. |
| کلمات کلیدی | 1- زیست حسگر به عنوان وسیله ای تعریف می شود که قادر است حضور ماده هدف را در نمونه تشخیص داده و آن را به صورت کمی اندازه گیری کند. 2- لایه هوشمند: بعنوان واسط ماده پلاسمونیکی و پروب زیستی عمل کرده و به عملکرد زیست حسگر کمک می کند. 3- پروتئین VEGF: 1. عامل بسیار قدرتمند در رگ زایی اولیه و رگ زایی ثانویه، تحریک رشد و تکثیر سلول های ایندوتیلیل، عامل دوام و پایداری و جلوگیری از آپوپتوسیز سلول های ایندوتِلییل است. و عدم تعادل در مقدار پروتئین VEGF باعث بیماریهای متعددی از جمله انواع سرطان ها می شود. |
| ذینفعان نتایج طرح | در افرادی که درگیر انواع سرطان ها، بیماری رگ زایی شبکیه چشم، روماتیسم مفاصل، سوریاس و آلزایمر و ...هستند. |
اطلاعات مجری و همکاران
| نام و نامخانوادگی | سمت در طرح |
|---|---|
| ابوالفضل نوریزاد | همکار اصلی |
| محمد رضا توحیدکیا | مجری اول (اصلی-هیات علمی) |
| ایوب آقانژاد | همکار اصلی |
اطلاعات تفضیلی
| حوزه خبر | خبر |
|---|---|
| رسانه ها و مردم | عنوان خبر متن خبر |
| متخصصان و پژوهشگران | عنوان خبر نوعی سنسور تشدید پلاسمون سطحی بسیار حساس بر اساس ساختار ناهمگن فسفرن سیاه/گرافن موجب افزایش حساسیت سنسور گردید.متن خبر در این مطالعه، یک بیوسنسور رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) با استفاده از بازجویی زاویهای مبتنی بر ساختار ناهمسان فسفورن سیاه (BP) و گرافن (G) به عنوان مواد دو بعدی برای افزایش حساسیت حسگرهای زیستی معمولی طراحی شدهاست. ساختار پیشنهادی از هشت لایه تشکیل شده است: منشور جفت کننده FK51A، لایه نازک نقره (Ag) به عنوان فلز پلاسمونیک، نانولایه طلا (Au) در نقش محافظ، نانوصفحات BP به عنوان تقویت کننده میدان محو، تک لایه G به عنوان تسهیل کننده فرآیند بی حرکتی، DNA آپتامر به عنوان عنصر تشخیص زیستی (BRE) و سالین بافر فسفات (PBS) به عنوان بافر در حال اجرا و محیط سنجش. برای ارزیابی عملکرد بیوسنسور پیشنهادی، پارامترهای تحلیلی مانند حداقل بازتاب (Rmin)، حساسیت و همچنین عرض کامل در نیمه حداکثر (FWHM)، دقت تشخیص (DA) و ضریب کیفیت (QF) به طور سیستماتیک توسط استفاده از روش ماتریس انتقال به صورت تحلیلی و روش دامنه زمانی تفاضل محدود (FDTD) به صورت عددی، برای اعتبارسنجی یکدیگر. مشاهده می شود که ساختار با 1.49 (RIU) برای منشور جفت و ضخامت ناهمساز TiO2/Ag/Au/BP/G به ترتیب 65/35/1/3.18/0.34 نانومتر (nm) بهینه شده است. |
| سیاستگذاران درمانی | عنوان خبر متن خبر |
| سیاستگذاران پژوهشی | عنوان خبر متن خبر |
| لینک (URL) مقاله انگلیسی مرتبط منتشر شده 1 |
