پژوهشگران ایرانی با استفاده از قفس پروتئینی آپو فریتین توانستند نانوذرات کبالت را با موفقیت سنتز نمایند و با استفاده از این نانوذرات زیست حسگری مناسب برای ترکیبات مختلفی نظیر آب اکسیژنه، فنول و … را طراحی کردند.
طراحی زیست حسگری جدید با استفاده از نانو ذرات کبالت
پژوهشگران ایرانی با استفاده از قفس پروتئینی آپو فریتین توانستند نانوذرات کبالت را با موفقیت سنتز نمایند و با استفاده از این نانوذرات زیست حسگری مناسب برای ترکیبات مختلفی نظیر آب اکسیژنه، فنول و … را طراحی کردند. این نانوذرات سنتزی در زمینه‌های گوناگون از جمله پزشکی و صنعت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند.
نانوذرات رایج‌ترین عناصر در علم و فناوری نانو بوده و خواص جالب توجه آنها باعث گردیده است کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع شیمیایی، پزشکی و دارویی، الکترونیک و کشاورزی داشته باشند.یکسری روش‌ها از قبیل فیزیکی، شیمیایی وزیستی برای سنتز نانوذرات وجود دارد. در روش‌های فیزیکی وشیمیایی نانوذرات در فضای آزاد از قبیل خلاء یا مایع رشد می‌کنند. بنابراین ممکن است نانوذرات با انداز‌ه‌های متفاوت ایجاد شوند. در روش‌های بیولوژیکی نانوذرات با استفاده از مولکول‌های زیستی از قبیل قفس‌های پروتئینی پستانداران، قفس‌های پروتئینی که از باکتری وویروس‌ها به‌دست می‌آیند، سنتز می‌شوند.در واقع نانو ذارت در حفره درونی این قفس‌های پروتئنی سنتز می‌شوند بنابراین اندازه ذرات متناسب با اندازه این حفرات است. در این کار تحقیقاتی از روش بیولوژیکی برای سنتز نانوذرات کبالت استفاده شد. برای این منظور از قفس پروتئینی آپو فریتین استفاده شد.آپو فریتین برای سنتز نانوذرات نقش الگو را داشته و از لخته شدن ذرات جلوگیری میکند. در نهایت از کمپلکس آپوفریتین –کبالت جهت طراحی زیست حسگر استفاده شد و سورفکتانت آنیونیDHP برای نشاندن کمپلکس فوق بر روی الکترود کربن شیشهای مورد استفاده قرار گرفت.
هدف از این کار تحقیقاتی سنتز نانوذرات کبالت با استفاده از قفس پروتئینی فریتین است. این نانوذرات در زمینه‌های گوناگون از جمله پزشکی و صنعت از اهمیت ویژه‌ای بر خوردار هستند. هدف از قسمت دوم کار ساخت زیست حسگر با استفاده از کمپلکس فریتین-کبالتبرای اندازه‌گیری ترکیبات مختلف نظیر آب اکسیژنه، فنول و… است.
دکتر سهیلا کاشانیان عضو هیئت علمی دانشکده شیمی دانشگاه رازی کرمانشاه، در توضیحاتی در مورد مراحل انجام این تحقیقات گفت: «ابتدا مینرالیزاسیون نانوذرات کبالت در قفس آپوفریتین و بررسی تأثیر شرایط بافری و غیر بافری در مینرالیزاسیون مورد بررسی قرار گرفت. سپس با استفاده از تکنیکهای اسپکتروسکوپی و میکروسکوپی نانوذرات تشکیل شده در قفس آپوفریتین و با استفاده از تکنیک ژل الکتروفورز پایداری آپوفریتین پس از مینرالیزاسیون نانوذرات کبالت در قفس آپوفریتین مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین تغییرات ساختاری آپوفریتین پس از مینرالیزاسیون نانوذرات کبالت در این قفس نیز بررسی شد. برای طراحی زیست حسگر مورد نظر نیز از آپوفریتین –کبالت بهره گرفته شد.»
وی با اشاره به ویژگی‌های این طرح افزود: «از ویژگی‌های کار این است که ضمن این نوع سنتز پروتئین دستخوش تغیرات نمی‌شود و نانوذرات با اندازه متناسب با حفره درونی پروتئین سنتز می‌شوند و همین‌طور میتوان از این نانوذرات سنتز شده در قفس پروتئین به عنوان زیست حسگر استفاده کرد که مطمئنا از پایداری بالایی برخوردار خواهد بود. به دلیل اینکه فریتین میتواند دمایی تا حدود ۸۰ درجه سانتیگراد و ۱۰-۲ =pHو غلظت اوره و گوانیدیوم هیدروکلراید M6 را تحمل کند.»
با استفاده از آپو فریتین میتوان ذراتی با اندازه نانو سنتز کرد. حفره درونی این پروتئین به عنوان یک ظرف واکنش برای سنتز ذرات استفاده شد و در نهایت ذراتی با همین اندازه سنتز می‌شوند. در این روش، قشر پروتئینی به عنوان یک عامل محدودکننده در رشد ذرات و به عنوان یک پوشش در جلوگیری از اتصال و انعقاد بین نانوذرات عمل میکند. بنابراین سیستمهای زیستی الگوهای مناسبی جهت سنتز نانوذرات هستند. در بین الگوهای زیستی که در سنتز و تولید ساختارهای نانو مورد استفاده قرار میگیرند میتوان به اسیدهای آمینه، پپتیدها، پروتئینها، و ویروسها اشاره کرد. این الگوهای زیستی دارای منافذ، کانالها، یا مکانهایی جهت سنتز و سازماندهی نانوذرات هستند. بنابراین در سنتز با استفاده از الگوهای زیستی، نانوذرات با توزیع اندازه یکسان و همگن به‌دست میآید. فریتین پروتئین ذخیره‌ای آهن است که طی سازوکار خاصی که شامل مراحل ورود آهن، اتصال به مراکز فروکسیداز در حفره درونی پروتئین و اکسیداسیون و در نهایت هسته زایی است، آهن در فریتین ذخیره می‌شود. این محققان نیز در این کار از همین سازوکار استفاده کرده و نانوذرات کبالت را در حفره درونی پروتئین سنتز کردند.
وی افزود: «با استفاده از این روش سنتز میتوان نانوذرات با شکل و مورفولوژی یکسان تولید کرد. در مواردی که نیاز است ذرات با اندازه یکسان سنتز شوند این روش مناسب است و در ضمن با طراحی زیست حسگرها از این نوع این امید را داریم که بتوایم به حدهای تشخیص پایین در حد نانو مولار دست یابیم که این مسئله از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.»
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر سهیلا کاشانیان، فرشته عباسی طریقت، روناک رفیع پور و دکتر مریم عباسی صورت گرفته است، در مجله Molecular Biology Reports (جلد ۳۹ ، شماره ۹، سال ۲۰۱۲، صفحات ۸۸۰۲–۸۷۹۳) منتشرشده است.
