24327

BIOTECH2 372

كارشناسي ارشد

ريززيست فناوري

علوم و فناوري‌‌‌هاي زيستي

1403/11/02

73 ص.

دكتر اصغر طاهري كفراني

نانوزيم , اكسيد آهن , كيتوسان , فعاليت شبه‌پراكسيدازي , فلوكونازول

در سال‌هاي اخير با توجه به نقش مهم آنزيم‌ها در صنايع مختلف و محدوديت‌هاي آن‌ها در برابر شرايط سخت محيطي، تجزيه توسط پروتئازها، بازيابي سخت، هزينه بالاي توليد و خالص‌سازي دشوار، تلاش‌هاي بسياري جهت توليد و به‌كارگيري جايگزين‌هايي براي آن‌ها انجام شده است. با توسعه نانوفناوري و كشف خواص شبه‌كاتاليزوري گروهي از نانوذرات، نانوزيم‌ها به عنوان جانشين‌هاي مستقيم آنزيم‌هاي طبيعي شناخته شدند. نانوزيم‌ها با خواص بي‌نظير خود مانند پايداري در شرايط سخت محيطي، توليد آسان و مقرون به صرفه، قابل تنظيم بودن، زيست‌سازگاري و قابليت داشتن چند فعاليت كاتاليزوري با هم، بر محدوديت‌هاي آنزيم‌هاي طبيعي غلبه كرده و به طور گسترده‌اي در زمينه‌هاي مختلف صنعتي، پزشكي، محيط زيست و غيره مورد استقبال قرار گرفتند. از آن‌جا كه يكي از مشكلات محيط زيست آلودگي آب‌ها در اثر ورود آلاينده‌هاي دارويي و ايجاد مقاومت دارويي است مي‌توان از خواص پراكسيدازي نانوزيم‌ها جهت اكسيداسيون و تخريب اين آلاينده‌ها استفاده كرد. به همين منظور در اين پژوهش از نانوزيم‌هاي شبه پراكسيداز اكسيد آهن اصلاح شده با پليمر زيست تخريب‌پذير و زيست سازگار كيتوسان جهت تخريب داروي ضد قارچ و بسيار پر مصرف فلوكونازول استفاده شد. اصلاح سطح نانوزيم‌هاي اكسيد آهن توسط كيتوسان به منظور افزايش خاصيت شبه‌پراكسيدازي و همچنين جلوگيري از تجمع نانوذرات هنگام سنتز، با روش سنتز حلال گرمايي در يك مرحله با موفقيت انجام شد. براي شناسايي و تعيين اندازه، شكل و ريخت‌شناسي، گروه‌هاي عاملي، ساختار بلوري نانوذرات و بررسي پايداري حرارتي آن‌ها، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM) و آزمون‌هاي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR)، پراش اشعه ايكس (XRD) و آناليز حرارتي (TGA) استفاده شد. سپس فعاليت شبه‌پراكسيدازي نانوزيم‌ها با روش رنگ‌سنجي و با استفاده از سوبستراي 3 و 3 و 5 و 5 – تترامتيل بنزيدين (TMB) با غلظت 2 ميلي‌مولار و پراكسيد هيدروژن (H2O2) با غلظت 1 مولار در pH 6/3 بررسي شد. نتايج، افزايش 3/2 برابري فعاليت ويژه نانوزيم‌هاي Fe3O4@Ch را در مقايسه با نانوزيم‌هاي Fe3O4 نشان داد. واكنش شبه‌پراكسيدازي نانوزيم‌ها از معادله ميكائيليس - منتن پيروي كرد. پارامتر سينتكي Km براي دو سوبستراي H2O2 و TMB به ترتيب 86/639 و 35/0 ميلي مولار و پارامتر سينتيكي vmax براي دو سوبستراي H2O2 و TMB به ترتيب 035/17 و 75/11 ميكرومول بر دقيقه محاسبه گرديد. در مرحله بعد عملكرد نانوزيم‌هاي Fe3O4@Ch در تخريب فلوكونازول و اثر شرايط واكنش شامل مدت زمان واكنش، pH، غلظت اوليه فلوكونازول و غلظت H2O2 در فرايند تخريب فلوكونازول بررسي شد. نتايج نشان داد كه نانوزيم‌هاي Fe3O4@Ch با غلظت 40 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر تحت شرايط بهينه يعني در pH 2/6، غلظت 400 ميلي‌مولار H2O2 و غلظت 5/0 ميلي‌گرم بر ميلي‌ليتر فلوكونازول بعد از 90 دقيقه، 87% فلوكونازول موجود در محلول را تخريب و حذف مي‌كنند كه نشان دهنده كارامدي نانوزيم‌هاي Fe3O4@Ch به عنوان يك كاتاليزور عالي با فعاليت شبه فنتون در تخريب و حذف داروي آلاينده فلوكونازول از آب‌هاي سطحي و پساب‌ها است.

Nanozyme , Iron oxide nanoparticles , Chitosan , Peroxidase-like activity , Fluconazole

Removal of fluconazole from pharmaceutical factory wastewater using chitosan _ modified iron oxide nanozymes

زيست فناوري

In recent years, given the important role of enzymes in various industries and their limitations including sensitivity harsh environmental conditions, degradation by proteases, difficult recovery, high production cost, and difficult purification, many efforts have been made to produce alternatives. Due to the development of nanotechnology and the discovery of the catalytic activity mimic of some nanoparticles, nanozymes were recognized as direct substitutes for natural enzymes. Nanozymes, with their unique properties such as stability in harsh environmental conditions, easy and low-cost production, tunable activity, and biocompatibility, have overcome the limitations of natural enzymes and have been widely used in various fields such as industrial, medical, environmental, etc. Morover, one of the environmental problems is water pollution due to pharmaceutical contaminants that cause drug resistance. One of the effective methods for removing pollutants is oxidation by the peroxidase (POD) mimic activity of nanozymes. For this purpose, in this study, iron oxide peroxidase-like nanozymes with a biodegradable and biocompatible chitosan coating were used to degrade the antifungal drug fluconazole. The surface modification of iron oxide nanozymes by chitosan coating was synthesized using a one-step solvothermal method to enhance the peroxidase-like properties and prevent aggregation of nanoparticles during synthesis. The structure, size, morphology, functional groups, crystal structure and thermal stability of nanoparticles were characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA) assays. Then, the peroxidase-like activity of the nanozymes was investigated by colorimetric method using the substrate 3,3,5,5-tetramethylbenzidine (2mM) and hydrogen peroxide (1M) at pH 3.6. The results showed a 2.3-fold increase in the specific activity of Fe3O4@Ch nanozymes compared to Fe3O4@Ch nanozymes. The peroxidase-like reaction of the nanozymes follows the Michaelis-Menten equation. The Km kinetic parameter obtained for H2O2 and TMB substrates were 639.86 and 0.35 mM, and the vmax for H2O2 and TMB substrates were 17.035 and 11.75 μmol/min, respectively. In the next step, the performance of Fe3O4@Ch nanozymes in the degradation of fluconazole and the effect of reaction conditions including reaction time, pH, initial fluconazole concentration, and H2O2 concentration on the degradation process of fluconazole were investigated. The results showed that Fe3O4@Ch nanozymes under the optimal conditions (pH=6/3, [H2O2]=400mM, [FLC]=0/5mg/ml) remove 87% of FLC within 90 min. This indicates that Fe3O4@Ch nanozyme is a kind of superior Fenton-like catalyst for removal of the contaminant fluconazole from wastewater.

4

119715