پژوهشگران ایرانی ضمن معرفی مزیت‌های روش‌های طیف سنجی فلوئورسانس ماتریسی در مطالعات نانو-زیست‌فناوری موفق به ارائه روش‌های نوین آنالیز داده برای کاربرد هر چه بهتر آنها در این زمینه شدند.
روش‌های طیف‌سنجی در مطالعات نانو-زیست‌فناوری
پژوهشگران ایرانی ضمن معرفی مزیت‌های روش‌های طیف سنجی فلوئورسانس ماتریسی در مطالعات نانو-زیست‌فناوری موفق به ارائه روش‌های نوین آنالیز داده برای کاربرد هر چه بهتر آنها در این زمینه شدند.
روش‌های طیف‌سنجی فلوئورسانس ماتریسی، روش‌هایی هستند که در آنها به ازای هر نمونه یا هر مرحله از آزمایش، به جای یک عدد یا یک بردار، یک ماتریس داده ثبت می‌شود. این امر به ازای چندین نمونه یا شرایط مختلف آزمایش، یک آرایه سه‌بعدی- اصطلاحاً سه راهی- را فراهم می‌سازد که به لحاظ محتوای اطلاعات غنی‌تر است. در این پژوهش موارد ذکر شده، در مطالعه برهمکنش‌های نانوذرات طلا و DNA مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
امروزه کاربرد روش‌های‌شناسایی و مطالعه DNA بر مبنای تکنیک‌های فلوئورسانس به دلیل مزایایی مثل حساسیت زیاد و امکان آنالیز چندگانه رو به افزایش است. روش‌های فلوئورسانس در تحقیقات نانو-زیست‌فناوری از اهمیت به سزایی برخوردار هستند، بویژه در کاربرد نانوذرات طلا به صورت اصلاح شده یا نشده، در مطالعه مولکول‌هایی مثل DNA و پروتئین‌ها. در واقع یکی از دلایل اصلی گسترش سریع کاربرد نانوذرات طلا در مطالعات زیستی خواص نوری آنها است که از رزونانس پلاسمون سطح این ذرات ناشی می‌شود. البته در بحث مطالعات مبتنی بر فلوئورسانس نقش نانوذرات طلا به عنوان عوامل موثر فرونشاننده فلوئورسانس پررنگ‌تر می‌شود.
این کار پژوهشی به‌وسیله‌ی دکتر یوسف اخلاقی و دکتر محسن کمپانی زارع از دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان و آقای دکتر محمدرضا هرمزی نژاد از دانشگاه صنعتی شریف انجام گرفته است. به گفته‌ی دکتر اخلاقی هدف اصلی این پژوهش معرفی مزیت‌های روش‌های طیف‌سنجی فلوئورسانس ماتریسی در کنار تکنیک‌های کمومتریکس در مطالعات نانو زیست-فناوری است.
اخلاقی درباره‌ی مراحل انجام این تحقیق گفت: «در ابتدا جهت فراهم آوردن اطلاعات اولیه در مورد سیستم و همین‌طور کنترل فرایند جذب سطحی DNAهای تک‌رشته‌ای روی نانوذرات طلا و فرونشانی فلوئوروفورهای متصل به آنها، دو سری تیتراسیون در حضور نانوذرات و دو سری در غیاب نانوذرات برای هر یک از DNAها انجام شد. به ازای هر مرحله از این تیتراسیون‌ها یک طیف نشر فلوئورسانس ثبت شد که منجر به داده‌های دوراهی گشت. آنالیز حاصل از داده‌های دوراهی اطلاعاتی را راجع به ظرفیت سطح نانوذرات طلا برای جذب نمودن DNAها فراهم ساخت. داده‌های سه‌راهی از تیتراسیون این دو DNA تک‌رشته‌ای در حضور و درغیاب نانوذرات طلا و با دنبال کردن هیبرید شدن آنها با ثبت ماتریس‌های تحریک-نشر فلوئورسانس حاصل شدند. برای آنالیز این داده‌ها که به واسطه حضور پدیده انتقال انرژی رزونانسی فلورسانس (FRET) از فلوئورسئین به تگزاس رد در فرم هیبرید شده با کمبود رتبه مواجه بودند، از روش‌های چندراهی پارافک و تاکر محدود شده استفاده گردید. مطالعه حاضر اولین مورد گزارش شده از آنالیز موفقیت‌آمیز داده‌های چندبعدی حاصل از سیستم‌های نانو-زیستی به‌وسیله‌ی یک تکنیک کمومتریکسی چندراهی است.»
به گفته دکتر اخلاقی از ویژگی‌های این پژوهش کاربرد علوم نانو در مطالعات زیست‌فناوری و طراحی ابزارهای موثرتر با استفاده از تکنیک طیف‌سنجی فلوئورسانسی بوده است. همچنین استفاده از روش‌های تحلیل داده از نوع چند راهی و استفاده از خود این داده‌ها در تحقیقات نانو-زیست‌فناوری از دیگر ویژگی‌های این طرح بوده است.
در ادامه دکتر اخلاقی ضمن اشاره‌ای به نتایج این کار تحقیقاتی بیان کرد: «نتایج حاصل نشان داد که برهمکنش سطح نانوذرات طلا برای جذب DNA تک‌رشته‌ای وابسته به توالی آن است، پروفایل‌های مربوط به تغییرات سیگنال فلوئورسئین و تگزاس رد و همین طور پروفایل‌هایFRET به‌وسیله‌ی تاکر از داده‌ها استخراج شدند که این پروفایل‌ها از لحاظ شیمیایی معنی‌دارتر و تفسیر‌پذیرتر از پروفایل‌های متناظری بودند که با استفاده از روش‌های کلاسیک تک‌متغیره از داده‌های خام به دست آمدند.»
این تحقیق به معرفی و بیان مزایای استفاده از داده‌های طیف‌سنجی فلوئورسانی چندمتغیره از نوع چندراهی و یا به عبارت ساده‌تر چندبعدی در کاربردهای مطالعاتی و طراحی سنسورهای تشخیص مولکول‌های زیستی می‌پردازد و جهت دستیابی به حداکثر اطلاعات مفید از این داده‌ها ابزار آنالیز آنها را هم معرفی می‌کند.
در انتها دکتر اخلاقی با بیان حل برخی مشکلات به‌وسیله‌ی این طرح، اظهار داشت: «یکی از مشکلاتی که به طور معمول در مطالعات نانو-زیست‌فناوری به ویژه در بررسی هیبرید شدن DNA رخ می‌دهد این است که با توجه به پیچیدگی فرایندها و تعادلات شیمیایی فراوانی که ممکن است در این سیستم‌ها وجود داشته باشند، روش‌های تک متغیره جمع‌آوری داده قادر به دنبال کردن همه و یا حتی بخشی از این وقایع همزمان نیستند، در حالی که با روش پیشنهادی در این مقاله می‌توان به طور همزمان به مطالعه عوامل بیشتری در سیستم مورد بررسی پرداخت.»
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Analytical Chemistry (جلد ۸۴، شماره ۱۵، ۷ آگوست سال ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن این مقاله را در صفحات ۶۶۰۳ الی ۶۶۱۰ همین شماره مشاهده نمایند.
