پیشرفت در زمینه بیوسنسورهای الکتروشیمیایی مبتنی بر نانوتیوب های کربنی
چکیده
برای تشخیص بیماری های عفونی، اختلالات متابولیک، سرطان های بدخیم و آشکارسازی آلودگی محیطی شدیداً به سیستم های آشکارسازی سریع، کم هزینه، چند بار مصرف، قابل اطمینان و حساس نیاز است. برخی از روش های متداول، تهاجمی، کند، پرهزینه و دشوار هستند و به ابزارهای کاملاً خاص نیاز دارند. معرفی بیوسنسورهای ساخته شده با مواد نانو همچون ترانسدیوسرهای سیگنال به حذف نقاط ضعف آشکارسازهای متداول کمک کرده است. ویژگی هایی همچون استحکام بالای مکانیکی، رسانایی الکتریکی بهتر و توانایی کار به عنوان تراندیسور سیگنال کارآمد، نانوتیوب های کربنی (CNT ها) را در میان مواد نانو به ماده ای ایده آل برای کاربردهای بیوسنسور تبدیل کرده است. علاوه بر این CNT ها به دلیل برخورداری از سطوح گسترده ای که برای تثبیت گیرنده به سادگی قابلیت عاملدار شدن دارند، در ساخت بیوسنسورها اهمیت می یابند. حوزه در حال گسترش CNT ها، پلی را میان علوم فیزیکی و زیستی ایجاد نموده است، زیرا برای توسعه ابزارها و پلتفرم های جدید برای درک سیستم های بیولوژیک در تشخیص و درمان بیماری از روش های شیمیایی استفاده می شود. این مطالعه به ارائه پیشرفت های اخیر در عاملدار نمودن سطح CNT های لازم برای تثبیت آنزیم ها و آنتی بادی ها در کاربردهای بیوسنسورها و روش های مورد استفاده در آشکارسازی تعداد گونه های شیمیایی و زیستی می پردازد. این مقاله با پیش بینی چشم اندازهای آتی CNT ها در بیولوژی و پزشکی به پایان خواهد رسید.
1. مقدمه
نانوتیوب های کربنی در ابتدا توسط سومیو آیجوما در سال 1991 توصیف شد و در آن زمان دریافتند که خواص مفید و منحصر به فرد زیادی دارند. CNT ها به دو نوع نانوتیوب های تک جداره (SWCNT) و نانوتیوب های چند جداره (MWCNT) تقسیم می شوند که در شکل 1 نشان داده شده است. با پیچیدن یک ورقه گرافین در یک استوانه می توان به SWCNT دست یافت، در حالی که استوانه های متمرکز گرافین که فاصله لایه های آن ها برابر با 0.34 نانومتر باشد MWCNT را ایجاد می کند. خواص CNT ها از ساختار آن ها ناشی می شود (شکل 2). SWCNT ها می توانند دارای ساختاری به صورت زیگزاگ، آرمچر یا کایرال باشند. SWCNT ها می توانند به صورت فلز یا نیمه هادی عمل کنند که خواص آن با آرایش اتمی (خصلت کایرالی) و قطر نانوتیوب تعیین می شود. محورهای رول آپ (n,m) استوانه، خواص الکتریکی SWCNT ها را توصیف می کنند. SWCNT های فلزی دارای بردارهای رول آپی به صورت n-m=3q می باشند، در حالی که SWCNT های نیمه هادی دارای رول آپی به صورت n-m≠3q می باشند (در اینجا q هر گونه عدد صحیحی می تواند باشد). در صورتی که m=0 باشد، نانوتیوب ها را زیگزاگ می نامیم. در صورتی که n=m باشد، نانوتیوب ها را آرمچر و مابقی آن ها را کایرال می نامیم.
abstract
There is an increasing need for rapid, low cost, reusable, reliable and sensitive detection systems for diagnosing infectious diseases, metabolic disorders, rapidly advancing cancers and detecting the presence of environmental pollutants. Most traditional methods are invasive, slow, expensive and laborious, requiring highly specialized instruments. Introduction of biosensors with nanomaterials as transducers of signals have helped in removing the disadvantages associated with traditional detectors. The properties of high mechanical strength, better electrical conductivity and ability to serve as efficient signal transducers make carbon nanotubes (CNTs) ideal material for biosensor applications among the gamut of nanomaterials. Further, CNTs with their high surface areas, easily functionalizable surfaces for receptor immobilization are gaining importance in the construction of biosensors. The expanding field of CNTs bridges the physical sciences with biology, as chemical methods are employed to develop novel tools and platforms for understanding biological systems, in disease diagnosis and treatment. This review presents recent advances in surface functionalization of CNTs necessary for immobilization of enzymes and antibodies for biosensor applications and the methodologies used for the detection of a number of chemical and biological species. The review ends with a speculation on future prospects for CNTs in biology and medicine.
1. Introduction
Carbon nanotubes originally described in 1991 by Sumio Iijima [1], have been found to be associated with many useful and unique properties [2]. CNTs are divided into two types namely, single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) as seen in Fig. 1. Rolling a graphene sheet into a cylinder results in SWCNT, on the other hand arrangement of concentric graphene cylinders with an interlayer space of 0.34 nm leads to formation of MWCNT. The properties of CNTs are a consequence of their structure. SWCNTs may be zig-zag, arm chair or chiral in their structure (Fig. 2) [3]. SWCNTs can be either metallic or semiconducting, a property determined by the atomic arrangement (chirality) and nanotube diameter [4]. The roll-up vectors (n, m) of the cylinder describe the electrical properties of SWCNTs [5,6]. Metallic SWCNTs have roll-up vectors like n-m = 3q, while semiconducting SWCNTs have n-m =/ 3q (here q is any integer/zero). If m = 0, the nanotubes are called zigzag. If n = m, the nanotubes are called armchair and the rest are called chiral.
چکیده
1. مقدمه
2. سنسورها و بیوسنسورها
2.1. CNT ها به عنوان مواد مطلوب برای بیوسنسورها
2.2. عاملدار نمودن نانوتیوب های کربنی (CNT ها)
2.3. تثبیت آنزیم ها برای بیوسنسورها
3. بیوسنسورهای مبتنی بر CNT
3.1. بیوسنسورهای مبتنی بر اکسیداز
3.2. بیوسنسورهای مبتنی بر دی هیدروژنازها
3.3. بیوسنسورهای آنزیمی دیگر
3.4. بیوسنسورهای مبتنی بر آپتامر DNA
3.5. بیوسنسورهای CNT پوشیده شده با آنتی بادی برای آشکارسازی بیومارکرها
4. کاربردهای زیست پزشکی دیگر نانوتیوب های کربنی
4.1. نظارت بر ترکیبات متابولیک
5. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. Sensors and biosensors
2.1. CNTs as attractive material for biosensors
2.2. Functionalization of carbon nanotubes (CNTs)
2.3. Immobilization of enzymes for biosensors
3. CNT based biosensors
3.1. Oxidases based biosensors
3.2. Dehydrogenases based biosensors
3.3. Other enzymes based biosensors
3.4. DNA aptamer based biosensors
3.5. CNT based biosensors coated with antibodies for the detection of biomarkers
4. Other biomedical applications of carbon nanotubes
4.1. Monitoring of metabolic compounds
5. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه