شماره مدرك
21140
شماره راهنما
2496 دكتري
پديد آورنده
بهارلوئي يانچشمه، زهرا
عنوان
ساخت و مشخصه يابي حسگر زيستتقليد ميكروسيال بر پايه نانوژنراتور تريبوالكتريك جهت پايش غيرتهاجمي بيماري التهاب روده از طريق عرق
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
مهندسي مواد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده، 107ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
بيماري التهاب روده , لاكتوفرين , حسگر زيستي الكتروشيميايي , زيست تقليد , سيال زيستي عرق , ميكروسيال , تريبوالكتريك
تاريخ ورود اطلاعات
1405/04/06
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/04/06
كد ايرانداك
23227433
چكيده فارسي
بيماري التهاب روده (IBD)، يك بيماري جهاني و رو به افزايش در سراسر جهان است. در بيماري التهاب روده به عنوان يك بيماري پيش رونده و ناتوان كننده، پايش پيوسته نشانگرهاي زيستي اختصاصي در كنترل روند بيماري و اطمينان از استراتژي درماني مي تواند كمك كننده باشد. از اين رو، استفاده از حسگرهاي زيستي به عنوان نمونه¬اي از ابزارهاي تحليلي جديد، با مزايايي مانند سرعت و حساسيت بالا، نمونه برداري غير تهاجمي و امكان سنجش پيوسته آناليت ها مطرح مي شود. از ميان سيالهاي بدن، عرق به عنوان يك سيال قابل استفاده در حسگرهاي زيستي، حاوي اطلاعات بيوشيميايي فراواني است كه وضعيت ارگانيسم در سطح مولكولي را منعكس مي كند. به عنوان يكي از نشانگرهاي زيستي گزارش شده درون عرق، لاكتوفرين (LF) در دامنه وسيعي از مشكلات، از جمله بيماري التهابي روده (IBD)، بيماريهاي خودايمني و انواع مختلف سرطانها نقش دارد. در اين پژوهش، يك حسگر زيست تقليد جديد براي شناسايي LF در عرق بهصورت غيرتهاجمي ارائه شد. اين حسگر شامل نانوستارههاي طلا (AuNSs) با اندازه ذرات به طور ميانگين 12 ±93 نانومتر است كه با روش ساخت يك مرحلهاي و مقرون به صرفه سنتز شدهاند. نوكهاي تيز AuNSs با اندازه ميانگين 4 ±20 نانومتر سطح الكتروفعال و انتقال الكترون را در اين حسگر زيستي الكتروشيميايي بهبود ميبخشد. اين حسگر كه از AuNSs و پليمر قالب مولكولي (MIP) تشكيل شده است، با روشهاي ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، طيفسنجي تبديل فوريه زير قرمز (FTIR) و ولتامتري چرخهاي (CV) اعتبارسنجي شد. اين حسگر زيست تقليد در محيط زيستي پيچيده عرق عملكردي قابل اعتماد نشان داد و پاسخ الكتروشيميايي قابل اندازهگيري نسبت به LF در محدوده غلظتي 2 تا ng/mL 2000 ارائه شد. حساسيتها در PBS و عرق به ترتيب 54/2 و µA.mL/ng 30/2 بهدست آمد. حسگر زيستي موفق به دستيابي به حد تشخيص ng/mL 74/1 در محلول بافر فسفات سالين (PBS) و ng/mL 92/1 در نمونه عرق شد. همچنين، اين حسگر زيستي توانايي ساخت مجدد خوبي را با مقادير انحراف استاندارد نسبي (RSD) كمتر از 5% در غلظتهاي مختلف نشان داد. علاوه بر اين، يك پچ ميكروسيال طراحي و توسط نتايج شبيهسازي كامسول بررسي شد. اين پچ با خواص مكانيكي مناسب در متوسط زمان حدود 15 دقيقه، حجم عرق بين 10 تا 100 ميكروليتر را از سه نقطه از بدن داوطلبان فراهم كرد. علاوه بر جمعآوري عرق، با بهرهگيري از تريبوالكتريك جامد- مايع (L-S TENG)، انرژي توليد شده توسط حركت سيال درون كانالهاي اين پچ مورد بررسي قرار گرفت تا بتوان از وِيژگي آن در بخش پايش و تامين انرژي استفاده كرد. بهطور كلي، اين پژوهش يك گام به سمت توسعه فناوريهاي پوشيدني مقرون به صرفه و زيست تقليد براي شناسايي غيرتهاجمي نشانگرهاي التهابي LF محسوب ميشود. با امكان نظارت غيرتهاجمي، اين رويكرد ميتواند بينشهاي ارزشمندي را در مورد عود و پيشرفت بيماري ارائه دهد و داراي كاربردهاي بالقوهاي در دامنه وسيعي از اختلالات التهابي و مرتبط با ايمني باشد.
چكيده انگليسي
Inflammatory bowel disease (IBD) is a global and increasing condition worldwide. As a progressive and debilitating disease, continuous monitoring of specific biomarkers in IBD can assist in managing the disease process and ensuring effective treatment strategies. Therefore, the use of biosensors as examples of new analytical tools, with advantages such as high speed and sensitivity, non-invasive sampling, and the possibility of continuous measurement of analytes, is proposed. Among bodily fluids, sweat is a usable fluid in biosensors, containing abundant biochemical information that reflects the organismʹs status at the molecular level. Lactoferrin (LF), reported as one of the biomarkers in sweat, plays a role in a wide range of issues, including inflammatory bowel disease (IBD), autoimmune diseases, and various types of cancers. In this study, a new biomimetic sensor for the non-invasive detection of LF in sweat was presented. This sensor consists of gold nanostars (AuNSs) with an average particle size of 93 ± 12 nanometers, synthesized using a one-step, cost-effective method. The sharp tips of AuNSs with an average size of 20 ± 4 nanometers enhance the electroactive surface and electron transfer in this electrochemical biosensor. This sensor, composed of AuNSs and a molecularly imprinted polymer (MIP), was validated using transmission electron microscopy (TEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and cyclic voltammetry (CV). Additionally, a microfluidic patch was designed and examined through simulation results to collect sweat from three different areas of the volunteersʹ bodies. This patch provided suitable mechanical properties with an average collection time of about 15 minutes and a sweat volume between 20 to 100 µL. Furthermore, this biomimetic sensor demonstrated reliable performance in a complex environmental setting, providing a measurable electrochemical response to LF in a concentration range of 2 to 2000 ng/mL. Sensitivities in PBS and sweat were obtained as 2.54 and 2.30 µA.mL/ng, respectively. The biosensor achieved a detection limit of 1.74 ng/mL in phosphate-buffered saline (PBS) and 1.92 ng/mL in sweat samples. Additionally, this biosensor showed good reproducibility with relative standard deviation (RSD) values of less than 5% at different concentrations. Overall, this research represents a step towards the development of affordable wearable biomimetic technologies for the non-invasive detection of the inflammatory marker LF. With the potential for non-invasive monitoring, this approach could provide valuable insights into disease recurrence and progression, with potential applications across a wide range of inflammatory and immune-related disorders.
استاد راهنما
فتح اله كريم زاده , عليرضا صنعتي
استاد مشاور
راضيه صلاح انديش
استاد داور
مهران نحوي , شيدا لباف , مجيد مقدم