24015

BIOTECH2 361

كارشناسي ارشد

ريززيست فناوري

علوم و فناوري‌‌‌هاي زيستي

1403/07/11

83 ص.

اصغر طاهري كفراني , حميدرضا كريمي علويجه

زيست حسگر , فيبر نوري , گلوكز , آنزيم گلوكز اكسيداز , تثبيت آنزيم

از آنجاييكه تشخيص دقيق و سريع سطح گلوكز از اهميت بالايي برخوردار است لذا در اين پژوهش زيست¬حسگري مقرون به صرفه، مبتني بر فيبر نوري از جنس سيليكا و از نوع ماخ¬زندر، جهت تشخيص گلوكز ساخته شد. در ابتدا جهت بررسي عملكرد كلي فيبر نوري، طيف¬سنجي فيبر نوري با غلظت¬هاي مختلف نمك منيزيم دي¬كلرايد و سپس ¬-Dگلوكز انجام گرفت. اين فيبر نوري نازك شده به وسيله سوكسينيك انيدريد جهت ايجاد گروه كربوكسيليك اسيد بر روي آن عاملدار شد. سپس با استفاده از اتصال دهنده هاي 1- (3-دي متيل آمين پروپيل) 3-اتيل كربو دي ايميد هيدروكلرايد و ان هيدروكسي سوكسينيميد تثبيت آنزيم گلوكز اكسيداز به روش كووالانسي بر روي آن انجام گرفت. تمامي مراحل سنتز و تثبيت آنزيم فيبر نوري عاملدار شده با استفاده از روش¬هاي طيف¬سنجي مادون قرمز تبديل فوريه، سنجش توزين حرارتي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي ميداني مشخصه¬يابي شد. از فيبر نوري حاوي آنزيم جهت سنجش غلظت¬هاي مختلف گلوكز، در محدوده كمترين ميزان قند خون يك فرد تا بيشترين ميزان قند خون فرد ديابتي، استفاده شد .نتايج طيف¬سنجي فيبر نوري تثبيت آنزيم شده با غلظت¬هاي مختلف گلوكز، حاكي از شيفت به سمت طول¬ موج¬هاي بالاتر طيف هاي بدست آمده با افزايش غلظت گلوكز بود. در بررسي نمودار بدست آمده، يك رابطه خطي بين تغييرات طول موج و ضريب شكست غلظت¬هاي مختلف گلوكز برقرار شد. نتايج بدست آمده نشان دهنده كارايي بالاي حسگر در تشخيص گلوكز با حد تشخيص عالي و زمان پاسخ¬دهي سريع بود. در واقع اين زيست¬حسگر توانست غلظت¬هاي مختلف گلوكز از 31/0 ميلي¬گرم بر ميلي¬ليتر تا 0/5 ميلي¬گرم بر ميلي¬ليتر را با حساسيت بالا و در مدت زمان يك دقيقه تشخيص دهد. نتايج مربوط به قابليت استفاده مجدد فيبر نوري نشان داد از اين زيست¬حسگر نمي¬توان بيش از يكبار استفاده كرد اما باتوجه به هزينه ساخت بسيار كم و حساسيت و دقت بالا، بازهم نسبت به روش¬هاي سنجش گلوكز تجاري موجود توجيه اقتصادي دارد. با استفاده از نتايج اين پژوهش و با توجه به موفقيت¬آميز بودن عملكرد اين زيست¬حسگر مي¬توان از اين فيبر نوري جهت تثبيت ديگر گيرنده¬هاي زيستي براي سنجش¬هاي آناليت¬هاي مختلف استفاده نمود. اين تحقيق مي-تواند به توسعه ابزارهاي پزشكي و تشخيصي جديد در مديريت ديابت و ساير اختلالات متابوليك كمك كند.

Biosensor , Optical fiber , Glucose , Glucose oxidase enzyme , Enzyme immobilization

Immobilization of glucoseoxidase on silica fiber to produce optical fiber biosensor for glucose detection

زيست فناوري

Sensing glucose levels accurately and in a short time is crucial. In this research, an economical silica Mach-Zehnder optical fiber-based biosensor was fabricated to detect glucose. First, the optical fiber was analyzed using spectrometry with different concentrations of magnesium dichloride and then D-Glucose to check its overall functionality. The thinned optical fiber was treated with succinic anhydride to create carboxylic acid groups on it. Then, by using 1-(3-dimethylaminopropyl) 3-ethylcarbodiimide hydrochloride and N-hydroxysuccinimide linkers, glucose oxidase enzyme was immobilized on it by covalent method. All stages of synthesis and enzyme immobilization of functionalized optical fiber were characterized using Field Emission Scanning Electron Microscopy, Thermogravimetric analysis, and Fourier-transform infrared spectroscopy. The enzyme-immobilized optical fiber was utilized to detect different concentrations of glucose, ranging from the lowest blood glucose levels in a person with hypoglycemia to the highest blood glucose levels in individuals with diabetes. Spectrometric analysis of enzyme-immobilized optical fiber with different glucose concentrations revealed a shift in the spectra toward higher wavelengths as the glucose concentration increased. According to the obtained graph, there is a linear relationship between wavelength shifts and the refractive index of each glucose concentration. The results demonstrate the high efficiency of this biosensor in glucose detection with excellent limit of detection and fast response time. In fact, this biosensor was able to sense different concentrations of glucose from 0.31 mg/mL to 5.0 mg/mL sensitively and precisely in 1 minute. It should be noted that this sensor cannot be used more than once, but due to its very low manufacturing cost, it still has an economic justification compared to commercial glucose measurement methods, especially since it has higher sensitivity and accuracy. Due to the successful performance of this biosensor, other bio-receptors can be immobilized on it and used to detect other analytes. This study can enhance the development of new clinical and diagnostic tools to manage diabetes and other metabolic disorders.

4