روش‌های طیف‌سنجی فلوئورسانس در مطالعات نانوزیست فناوری ‏

پژوهشگران ایرانی ضمن معرفی مزیت‌های روش‌های طیف‌سنجی فلوئورسانس ماتریسی در مطالعات نانوزیست فناوری ‏موفق به ارائه روش‌های نوین آنالیز داده‌ برای کاربرد هر چه بهتر آنها در این زمینه شدند. ‏

‎‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎
‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

‎ پژوهشگران ایرانی ضمن معرفی مزیت‌های روش‌های طیف‌سنجی فلوئورسانس ماتریسی در مطالعات نانوزیست فناوری ‏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 روش‌های شناسایی 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-زیست فناوری 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 بیولوژیکی خواص اپتیکی 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 توسط 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 فلورسانس ماتریسی در کنار تکنیک‌های کمومتریکس در ‏مطالعات نانو زیست‌فناوری 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 فلوروفورهای 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 داده‌هایی 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 فلورسانس حاصل شدند. برای آنالیز این داده‌ها که به واسطه حضور پدیده انتقال انرژی ‏رزونانسی فلوئورسانس (‏FRET‏) از فلورسئین 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 نانو‌زیستی توسط یک تکنیک کمومتریکسی چندراهی است.»‏

 

به گفته دکتر اخلاقی از ویژگی‌های این پژوهش کاربرد علوم نانو در مطالعات زیست فناوری 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-زیست فناوری از دیگر ویژگی‌های این طرح بوده است.‏

 

در ادامه دکتر اخلاقی ضمن اشاره 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 ‏فلورسئین و تگزاس رد و همین طور پروفایل‌هایFRET‏ توسط 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 توسط این طرح، اظهار داشت: «یکی از مشکلاتی که به طور معمول ‏در مطالعات نانو-زیست فناوری 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.‏ ‎
 

‎ ‎ ‎ ‎‎