فصل اول   1

1-1 .آنزیم کولین اکسیداز  2

1-1-1. معرفی آنزیم.. 2

1-1-2. تاریخچه. 2

1-1-3. واکنش آنزیمی.. 3

1-1-4. جایگاه فعال آنزیم.. 3

1-1-5. اهمیت مطالعه. 4

1-2. زیست حسگر  7

1-2-1. نسل اول.. 8

1-2-2. نسل دوم. 9

1-2-3. نسل سوم. 10

1-3. تکنیک‌های الکتروشیمیایی   10

1-3-1. ولتامتری یا آمپرومتری.. 10

1-3-2. ولتامتری چرخه‌ای.. 11

1-3-3.کرونو آمپرومتری.. 12

1-4. نانولوله‌های کربنی   13

1-4-1. معرفی.. 13

1-4-2. ساختار. 13

1-4-3. خواص ویژه نانولوله‌های کربنی.. 14

1-4-4. انواع نانولوله‌های کربنی.. 15

1-4-5. سنتز نانولوله‌های کربنی.. 19

1-4-5-1. قوس الکتریکی.. 19

1-4-5-2. سایش لیزری.. 20

1-4-5-3. رسوب دهی با بخار شیمیائی.. 21

1-4-6. خالص سازی نانولوله‌های کربنی   23

1-4-6-1. اکسیداسیون.. 23

1-4-6-2. اسید کاری.. 24

1-4-6-3.آنیل کردن.. 24

1-4-6-4. استفاده از ارتعاشات مافوق صوت.. 24

1-4-6-5. تصفیه مغناطیسی.. 25

1-4-6-6. میکروفیلتراسیون.. 25

1-4-7. عامل­دار کردن نانولوله‌های کربنی   25

1-4-7-1. ضرورت عامل­دار کردن نانولوله­ها و روش­های آن.. 26

1-4-7-2. روش‌های تائید عامل­دار شدن نانولوله‌ها 27

1-4-7-2-1. طیف سنجی رامان.. 27

1-4-7-2-2. طیف سنجیFT-IR.. 30

1-5. استفاده از مایعات یونی به عنوان پایدار کننده‌ها 31

1-6. هدف از انجام پژوهش: 34

فصل دوم. 36

مواد و روش­ها 36

 

2-1. مواد. 37

2-2. تجهیزات و دستگاه­ها: 38

2-3-1. عامل­دار کردن نانولوله‌ها 39

2-3-2. تهیه سوسپانسیون نانولوله کربنی.. 40

2-3-3. آماده سازی الکترود. 40

2-3-4. روش تثبیت… 41

2-3-5. مطالعات ولتامتری فیلم پروتئین   41

2-3-6. اندازه گیری فعالیت آنزیم   42

2-3-7. تهیه تصاویر میکروسکوپ الکترونی   43

فصل سوم. 44

نتایج.. 44

3-1. میزان عامل­دار شدن نانولوله‌ها 45

3-2. مورفولوژی سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌ها 50

3-3 . انتقال الکترون مستقیم آنزیم روی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله  55

3-4. میزان برگشت پذیری واکنش اکسید و احیاء آنزیم   57

3-5. میزان آنزیم الکترواکتیو روی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله­ها 57

3-6. تثبیت موثر آنزیم بر نانولوله‌های کربنی   58

3-7. سرعت انتقال الکترون آنزیم تثبیت شده بر نانولوله و مایع یونی   61

3-8. فعالیت الکتروکاتالیزوری آنزیم روی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی   63

فصل چهارم. 66

بحث و پیشنهادات.. 66

4-1. عامل­دار شدن نانولوله­ها 67

4-2. مقایسه پارامترهای آنالیتیکی حسگرهای طراحی شده با سه نوع نانولوله کربنی   69

4-2-1. محدوده خطی.. 70

4-2-2. حساسیت… 71

4-2-3. حد تشخیص…. 72

4-3. مقایسه انتقال الکترون آنزیم   72

4-3-1. میزان آنزیم الکتروفعال تثبیت شده روی نانولوله‌های کربنی.. 73

4-3-2.ثابت سرعت ظاهری الکترون (ks) 74

4-3-3. مقایسه میزان تغییرات پتانسیل فرمال در سه نوع زیست حسگر. 75

4-4. نتیجه گیری   77

فصل اول

مقدمه

 

فصل اول

 

1-1 .آنزیم کولین اکسیداز

 

1-1-1. معرفی آنزیم

آنزیم کولین اکسیداز یکی از انواع آنزیم‌های اکسیدوردوکتاز است. اكسیدوردوكتازها، كه حدود 25% از آنزیم‌های شناخته شده را تشكیل می‌دهند، نقش مهمی در متابولیسم سلول‌های زنده ایفا می‌کنند. این گروه از آنزیم‌ها، شامل تمامی آنزیم‌هایی است كه واکنش‌های اكسیداسیون و احیاء را كاتالیز می‌کنند. از آنزیم‌های این گروه می‌توان به اكسیدازها، پراكسیدازها، دهیدروژنازها، كاتالاز و بسیاری از آنزیم‌های دیگر اشاره نمود [3]. اهمیت مطالعه اكسیـدوردوكتازها در ماهیت واکنش‌هایی است كه كاتـالیز می‌کنند. در واقع، به دلیل این که این آنزیم‌ها واکنش‌های دشواری، از قبیل اكسیداسیون و احیاء انتخابـی مولکول‌های آلی، را كاتالیز می‌کنند، در حوزه محیطی اهمیت ویژه‌ای دارند. علاوه بر این، از آنجایی كه اكسیدوردوكتازها به طور گسترده‌ای در سنتز تركیبات آلی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در داروسازی كاربرد دارند [4-5]. از میان اكسیدوردوكتازها، اكسیدازها به دلیل اینكه از اكسیژن به عنوان عـامل اكسنده استفاده می‌کنند و نیازی به کوفاکتور ندارند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. آنزیم کولین اکسیداز که در این رساله مورد بررسی قرار گرفته است یکی از انواع اکسیدازها است.

1-1-2. تاریخچه

آنزیم کولین اکسیداز اولین بار در سال 1933 توسط برنهایم[1] در بافت حیوانی کشف شد [6]. در میان بافت‌های حیوانی، کولین اکسیداز بیشتر در کبد موش یافت می‌شود. این فرم آنزیم در کلیه نیز یافت شد، ولی در خون و ماهیچه یا قلب دیده نشد [7]. کلی[2] در سال 1952 وجود گروه پروستتیک فلاوین آدنین دی نوکلئوتید FAD)) را در این آنزیم به اثبات رساند. با وجود این که نمونه‌های اولیه کولین اکسیداز از بافت‌های حیوانی با دشواری و ناخالصی بسیار زیاد استخراج شده بود، بعدها این آنزیم از گونه‌های ریز جانداران دیگری نیز به دست آمد، که از آن جمله می‌توان به استخراج آنزیم در سال 1977 از گونه آرتروباکتر[3] اشاره کرد [8].

1-1-3. واکنش آنزیمی

آنزیم کولین اکسیداز واکنش اکسایش کولین به گلایسین بتائین را کاتالیز می­ کند. اولین بار در سال 1952 وجود گروه پروستتیک فلاوین آدنین دی نوکلئوتید (FAD) در این آنزیم به اثبات رسید. در واقع، آنزیم کولین اکسیداز با کمک گروه پروستتیک FAD خود، به صورت میانجی، سوبسترا را اکسید می‌کند. اکسایش کولین در دو مرحله انجام می‌گیرد؛ در مرحله اول با انتقال یون هیدرید ((H– از کولین به اکسیژن مولکولی سوبسترا به محصول حد واسط ) بتائین آلدئید(