شناسایی نشانگر های زیستی قلبی بدون برچسب با استفاده از سنسور های SIS نوری Ultrasensitive, label-free detection of cardiac biomarkers with optical SIS sensor
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2017
توضیحات
رشته های مرتبط: شیمی، زیست شناسی، پزشکی و داروسازی، بیوشیمی، شیمی دارویی
انفارکتوس های شدید میوکاردی(MI) یکی از مهم ترین علت های مرگ و میر و تلفات در سراسر جهان میباشد و تشخیص سریع و به موقع آن میتواند امکان زنده ماندن را افزایش دهد. در این کار، ما یک روش ساده، حساس و بدون برچسب و راه حل های سنسور های سیلیکن غوطه ور در محلول (SIS) مبتنی بر شرایط بدون انعکاس(NRC) برای موج های پلاریزه ی P برای تشخیص زود هنگام MI، استفاده کرده ایم. سنسور های SIS لایه های پلیمری دی الکتریک نازک بر روی سطح سیلیکنی هستند که میتوان آن ها را برای کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار داد. در NRC، سنسور های SIS به شدت حساس به افزایش ضخامت لایه های زیستی بر سطح سنسور هستند در حالی که نسبت تغییر شاخص انکسار محیط واسط مستقل میباشد. ازین رو، سیگنال های SIS از نظر از نویز های گرمایی مستقل بوده میباشد که این موضوع بر خلاف سنسور های مبتنی بر رزونانس پلاسما میباشد. همچنین ، هیچ نیازی به سیگنال مرجع که اندازه گیری ها را ساده کند وجود ندارد. در اینجا، تکنولوژی SIS برای بررسی دو موضوع در تشخیص MI مورد استفاده قرار گرفته است : حساسیت بالا با ارزیابی مستقیم و توانایی اندازه گیری در سروم انسان. پروتئین های میوگلوبین، کیناز کراتین MB، و تروپونین قلبی (cTnI9 به عنوان نشانه های زیستی قلبی مورد استفاده قرار گرفته است. ما میتوانیم گستره ی غلظت های مختلفی را بر اساس محدوده های اندازه گیری های ۵ و ۱۰pg/ml برای cTnI در PBS و سروم خونی، به ترتیب اندازه گیری کنیم. پاسخ زمانی حدود ۵ دقیقه میباشد. این روش جدید یکی از کاندید های مناسب برای کاربرد های مقرون به صرفه میباشد. کلید واژه ها: سنسورهای SIS -انفارکتوس حاد قلب- تروپونین I- میوگلوبین- CK-MB -الیسپومتری -بیوسنسور ۱٫ مقدمه انفارکتوس های شدید قلبی (MI)، که معمولا به آن حمله ی قلبی گفته میشود، یکی از آسیب های بدون بازگشت به سلول های قلبی است که در اثر تامین خون ناکافی به دلیل بلوکه شدن شریان های کرونری ایجاد میشود. در سال ۲۰۱۲، حمله های قلبی عروقی جان نزدیک به ۱۷٫۵ میلیون نفر را گرفت که ۳۱ % از کل مرگ جهان را شامل میشود که در میان این افراد ۷٫۴ میلیون نفر از آن ها به دلیل مشکلات کرونری به مرگ مبتلا شده بودند. تشخیص MI بیشتر مبتنی بر نشانه های درد شدید سینه و یا هر ناراحتی کهولت سن میباشد. اما، نزدیک به ۲۸ % از مردان و ۳۵ % از زنان هیچ کدام از این نشانه ها را نشان نمیدهند که به آن ها MI ساکت گفته میشود که این افراد در خطر بالایی هستند. رایج ترین تست ها برای بررسی شرایط این افراد استفاده از ECG و یا MRI است. این روش ها هر کدام فواید و مضرات خودشان را دارند. بعضی از پروتئین های خاص هستند که زمانی که ماهیچه های خونی دچار مشکل میشوند، در جریان خون بیشتر مشاهده میشود. شناسایی و کمی سازی مقدار زمانی این پروتئین ها میتواند یکی از ابزار غیر تهاجمی برای شناسایی مشکلات MI شود. در میان این پروتئین ها، تروپونین انقباض ماهیچه ها را کنترل میکند که از سه زیر واحد پروتئینی ساخته شده است ؛ تروپونین I که مانع اتصال میوزین ها با اکتین میشود، تروپونین T که با تروپومیوزین فعالیت میکند و تروپونین C که با اتصال پیدا میکند. تروپونین های I و T قلبی نسبت به MI حساسیت و قابلیت تشخیصی بالایی دارند و در جریان خون به مدت طولانی باقی میمانند. ازین رو، این نشانگر های زیستی را میتوان به عنوان استاندارد های اصلی در تشخیص MI در نظر گرفت. cTnI و cTnT میتوانند اطلاعات مشابه در مورد نکروز های میوکاردی فراهم کند. اما، cTnI ها برتری کوچک اما مهمی را نسبت به توانایی تشخیص cTnT در مراحل اولیه ی MI دارند. ما از cTnI ها در کنار ایزوفرم های کراتینی کیناز MB و پروتئین های میوگلوبین به عنوان نشانگر های MI در این کار استفاده میکنیم. سنسور های زیستی بر اساس تکنیک های رسانش نوری و الکتریکی ساخته میشنود. سنسور های الکتروشیمیایی میتوانند گونه های سیگنال های زیستی را از نظر تغییر رسانش، ظرفیت، و امپدانس شناسایی کنند. ساخت فرآیند های تولید سنسور و دستگاه های بسیار حساس ، پیچیده میباشد که تنظیمات بسیار گرانی را به دنبال دارد. به طور کلی روش های استفاده شده برای ایجاد تقویت سیگنال و یا حذف کردن سیگنال های گرمایی بسیار پیچیده و گران میباشد. نیاز به روش های ساده تر و مقرون به صرفه تر با توانایی تشخیص مناسب، به شدت مورد نیاز است. در این جا، ما یک سنسور مبتنی بر ارزیابی مستقیم hs-cTnI با استفاده از SIS را ایجاد کرده ایم. پلت فرم سنجش مورد استفاده مبتنی بر شرایط غیر انعکاسی (NRC) برای موج های پلاریزه ی P میباشد که زاویه های الیپسومتری به شدت حساس به ضخامت لایه ها هستند. سادگی مهم ترین ویژگی تکنولوژی SIS میباشد. چیپ های سنسور های SiS یک لایه ی پوشش یافته ی چرخشی با لایه های پلیمری بر روی یک بستر سیلیکن میباشد که میتوان آن را برای شناسایی انواع مختلفی از مولکول های زیستی مانند پپتید ها/ف پروتئین ها، و DNA استفاده کرد.
انفارکتوس های شدید میوکاردی(MI) یکی از مهم ترین علت های مرگ و میر و تلفات در سراسر جهان میباشد و تشخیص سریع و به موقع آن میتواند امکان زنده ماندن را افزایش دهد. در این کار، ما یک روش ساده، حساس و بدون برچسب و راه حل های سنسور های سیلیکن غوطه ور در محلول (SIS) مبتنی بر شرایط بدون انعکاس(NRC) برای موج های پلاریزه ی P برای تشخیص زود هنگام MI، استفاده کرده ایم. سنسور های SIS لایه های پلیمری دی الکتریک نازک بر روی سطح سیلیکنی هستند که میتوان آن ها را برای کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار داد. در NRC، سنسور های SIS به شدت حساس به افزایش ضخامت لایه های زیستی بر سطح سنسور هستند در حالی که نسبت تغییر شاخص انکسار محیط واسط مستقل میباشد. ازین رو، سیگنال های SIS از نظر از نویز های گرمایی مستقل بوده میباشد که این موضوع بر خلاف سنسور های مبتنی بر رزونانس پلاسما میباشد. همچنین ، هیچ نیازی به سیگنال مرجع که اندازه گیری ها را ساده کند وجود ندارد. در اینجا، تکنولوژی SIS برای بررسی دو موضوع در تشخیص MI مورد استفاده قرار گرفته است : حساسیت بالا با ارزیابی مستقیم و توانایی اندازه گیری در سروم انسان. پروتئین های میوگلوبین، کیناز کراتین MB، و تروپونین قلبی (cTnI9 به عنوان نشانه های زیستی قلبی مورد استفاده قرار گرفته است. ما میتوانیم گستره ی غلظت های مختلفی را بر اساس محدوده های اندازه گیری های ۵ و ۱۰pg/ml برای cTnI در PBS و سروم خونی، به ترتیب اندازه گیری کنیم. پاسخ زمانی حدود ۵ دقیقه میباشد. این روش جدید یکی از کاندید های مناسب برای کاربرد های مقرون به صرفه میباشد. کلید واژه ها: سنسورهای SIS -انفارکتوس حاد قلب- تروپونین I- میوگلوبین- CK-MB -الیسپومتری -بیوسنسور ۱٫ مقدمه انفارکتوس های شدید قلبی (MI)، که معمولا به آن حمله ی قلبی گفته میشود، یکی از آسیب های بدون بازگشت به سلول های قلبی است که در اثر تامین خون ناکافی به دلیل بلوکه شدن شریان های کرونری ایجاد میشود. در سال ۲۰۱۲، حمله های قلبی عروقی جان نزدیک به ۱۷٫۵ میلیون نفر را گرفت که ۳۱ % از کل مرگ جهان را شامل میشود که در میان این افراد ۷٫۴ میلیون نفر از آن ها به دلیل مشکلات کرونری به مرگ مبتلا شده بودند. تشخیص MI بیشتر مبتنی بر نشانه های درد شدید سینه و یا هر ناراحتی کهولت سن میباشد. اما، نزدیک به ۲۸ % از مردان و ۳۵ % از زنان هیچ کدام از این نشانه ها را نشان نمیدهند که به آن ها MI ساکت گفته میشود که این افراد در خطر بالایی هستند. رایج ترین تست ها برای بررسی شرایط این افراد استفاده از ECG و یا MRI است. این روش ها هر کدام فواید و مضرات خودشان را دارند. بعضی از پروتئین های خاص هستند که زمانی که ماهیچه های خونی دچار مشکل میشوند، در جریان خون بیشتر مشاهده میشود. شناسایی و کمی سازی مقدار زمانی این پروتئین ها میتواند یکی از ابزار غیر تهاجمی برای شناسایی مشکلات MI شود. در میان این پروتئین ها، تروپونین انقباض ماهیچه ها را کنترل میکند که از سه زیر واحد پروتئینی ساخته شده است ؛ تروپونین I که مانع اتصال میوزین ها با اکتین میشود، تروپونین T که با تروپومیوزین فعالیت میکند و تروپونین C که با اتصال پیدا میکند. تروپونین های I و T قلبی نسبت به MI حساسیت و قابلیت تشخیصی بالایی دارند و در جریان خون به مدت طولانی باقی میمانند. ازین رو، این نشانگر های زیستی را میتوان به عنوان استاندارد های اصلی در تشخیص MI در نظر گرفت. cTnI و cTnT میتوانند اطلاعات مشابه در مورد نکروز های میوکاردی فراهم کند. اما، cTnI ها برتری کوچک اما مهمی را نسبت به توانایی تشخیص cTnT در مراحل اولیه ی MI دارند. ما از cTnI ها در کنار ایزوفرم های کراتینی کیناز MB و پروتئین های میوگلوبین به عنوان نشانگر های MI در این کار استفاده میکنیم. سنسور های زیستی بر اساس تکنیک های رسانش نوری و الکتریکی ساخته میشنود. سنسور های الکتروشیمیایی میتوانند گونه های سیگنال های زیستی را از نظر تغییر رسانش، ظرفیت، و امپدانس شناسایی کنند. ساخت فرآیند های تولید سنسور و دستگاه های بسیار حساس ، پیچیده میباشد که تنظیمات بسیار گرانی را به دنبال دارد. به طور کلی روش های استفاده شده برای ایجاد تقویت سیگنال و یا حذف کردن سیگنال های گرمایی بسیار پیچیده و گران میباشد. نیاز به روش های ساده تر و مقرون به صرفه تر با توانایی تشخیص مناسب، به شدت مورد نیاز است. در این جا، ما یک سنسور مبتنی بر ارزیابی مستقیم hs-cTnI با استفاده از SIS را ایجاد کرده ایم. پلت فرم سنجش مورد استفاده مبتنی بر شرایط غیر انعکاسی (NRC) برای موج های پلاریزه ی P میباشد که زاویه های الیپسومتری به شدت حساس به ضخامت لایه ها هستند. سادگی مهم ترین ویژگی تکنولوژی SIS میباشد. چیپ های سنسور های SiS یک لایه ی پوشش یافته ی چرخشی با لایه های پلیمری بر روی یک بستر سیلیکن میباشد که میتوان آن را برای شناسایی انواع مختلفی از مولکول های زیستی مانند پپتید ها/ف پروتئین ها، و DNA استفاده کرد.
Description
Acute myocardial infarction (MI) is the leading cause of high mortality and morbidity rate worldwide, early and accurate diagnosis can increase the chances of survival. In this work, we report a simple, ultrasensitive, label-free, and high-throughput solution immersed silicon (SIS) immunosensor based on non-reflection condition (NRC) for p-polarized wave for early diagnosis of MI. SIS sensor chips are just a thin dielectric polymer layer on the silicon surface, which can be functionalized for specific application. At NRC, SIS sensors are extremely sensitive to the growing thickness of a bio-layer on the sensor surface while independent of refractive index change of the surrounding medium. Therefore, SIS signal is free from thermal noise, unlike surface plasmon resonance based sensor. Also, there is no need of reference signal which facilitates fast and accurate interaction measurement. Here, SIS technology is applied to tackle two issues in MI diagnosis: high sensitivity with the direct assay and the ability to measure in human serum. Myoglobin, creatine kinase-MB, and cardiac troponin I (cTnI) proteins were used as the MI biomarkers. We were able to measure over a broad concentration range with the detection limit of 5 and 10 pg/ml for cTnI in PBS and blood serum, respectively. The response time is about 5 min. This novel technique is a suitable candidate for cost effective point-of-care application.
