1-3-1- نانوسیم‌های سیلیکا………………………… 7
1-3-2- نانوذرات طلا………………………….. 10
1-3-3- نانولوله‌های کربنی………………………….. 13
1-3-4- نقاط کوانتومی………………………….. 17
1-4-گرافن………………………….. 21
1-5-گرافن اکسید…………………………. 24
1-6-کاربردهای گرافن اکسید…………………………. 27
1-6-1-کاربرد گرافن اکسید در بیوالکتروشیمی………………………… 28
1-6-2- کاربردهای پزشکی و زیستی گرافن اکسید…………………………. 29
1-7- هدف از کار پزوهشی حاضر…………………………. 38
فصل دوم: بخش تجربی………………………….. 39      
2-1- مواد و دستگاه‌ها………………………… 40
2-2- تهیه‌ی بافر Tris-HCl…………………………
2-3- سنتز گرافن اکسید…………………………. 42
2-4 آماده‌سازی محلول‌‌ها برای اندازه‌گیری طیف‌ فلوئورسانس…………. 43
2-4-1- تهیه‌ی محلول مرحله‌ی اول…………………………. 43
2-4-2- تهیه‌ی محلول مرحله‌ی دوم…………………………. 43
2-4-3- تهیه‌ی محلول‌های مرحله‌ی سوم…………………………. 44
2-4-4- تهیه‌ی محلول مرحله‌ی چهارم…………………………. 44
2-4-5- تهیه‌ی محلول‌های مرحله‌ی پنجم…………………………. 44
2-4-6- تهیه‌ی محلول‌های مرحله‌ی ششم…………………………. 45
فصل سوم: نتایج و بحث…………………………… 46    
3-1- تهیه گرافن اکسید از گرافیت…………………………… 47
3-2- بررسی طیف UV-Vis گرافن اکسید…………………………. 48
3-3- تفسیر طیف IR گرافن اکسید…………………………. 49
3-4- بررسی تصویر TEM گرافن اکسید…………………………. 49
3-5- انتخاب بیومارکر سرطان ریه…………………………. 50
3-6- تفسیر طیف‌های نشری………………………….. 53
3-6-1- بررسی طیف فلوئورسانس DNA پروب…………………………… 53
3-6-2- بهینه‌سازی زمان جذب DNA پروب بر سطح GO…………………………..
3-6-3- بهینه‌سازی مقدار GO در حضور DNA پروب…………………………. 56
3-6-4- بررسی طیف فلوئورسانس کمپلکس DNA-GO پروب در حضور DNA هدف (DNA سالم)………57
3-6-5- بهینه‌سازی زمان هیبرید شدن DNA هدف با DNA پروب در حضور GO…………
3-6-6- بررسی تغییرات شدت فلوئورسانس کمپلکس DNA-GO پروب در حضور غلظت‌های مختلف DNA هدف……….60
3-6-7- بررسی طیف‌ فلوئورسانس DNA-GO پروب در حضور mDNA (DNA جهش‌دار)………… 62
3-7- شناسایی سرطان ریه…………………………. 63
3-8- نتیجه‌گیری………………………….. 65
3-9- پیشنهادات…………………………… 66
منابع………………………….. 67
چکیده:
امروزه سرطان ریه یکی از شایع‌ترین بیماری‌ها در سراسر جهان محسوب می شود و دارای بالاترین آمار مرگ‌ومیر در بین انواع سرطان است. لذا تشخیص زودهنگام این بیماری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. با توجه به اینکه روش‌های متداول برای شناسایی سرطان ریه پرهزینه و زمان‌بر می‌باشند، ارائه روش‌های ارزان‌تر و سریع‌تر مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته است. با پیشرفت چشمگیر فناوری نانو در سال‌های اخیر و توسعه‌ی نانو مواد مختلف، فعالیت‌هایی در این زمینه صورت گرفته است. مطالعات اخیر نشان می‌دهند که نانوماده‌ی گرافن اکسید به علت داشتن خواص منحصر به فرد، در زمینه‌ی طراحی نانوحسگرهای زیستی برای شناسایی سرطان ریه، پتانسیل بالایی دارد.
در پایان‌نامه‌ی حاضر نانوحسگر زیستی بر پایه‌ی نانوهیبرید گرافن اكسید-DNA برای شناسایی جهش‌های حذفی عامل سرطان ریه ارائه شده است. در این روش، شناسایی جهش‌ها با استفاده از پروب DNA نشاندار شده با FAM و از طریق طیف‌سنجی فلوئورسانس انجام شده است. همچنین گرافن اکسید با استناد به روش هامر سنتز شده، و با استفاده از طیف‌سنجی‌های FT-IR، UV-Vis و تصویر TEM بررسی و مورد تایید قرار گرفته است.
فصل اول: مقدمه و بررسی منابع
1-1- سرطان ریه
سرطان یك بیماری ژنتیكی است و در اثر رشد و تقسیم غیرقابل كنترل سلول‌ها در قسمتی از بدن بوجود می‌آید كه نتیجه‌ی اثر عوامل محیطی و اختلالات ژنتیكی است. به عبارت دیگر سرطان در اثر یك سری جهش‌های متوالی در ژن‌های انسان اتفاق می‌افتد. امروزه بیش از 200 نوع سرطان وجود دارد که یکی از شایع‌ترین نوع آن سرطان ریه است.
سرطان ریه دومین سرطان رایج در بین زنان و مردان است و یکی از قابل‌پیشگیری‌ترین انواع سرطان می‌باشد. بطور کلی دو نوع سرطان ریه وجود دارد:
1) سرطان ریه با سلول‌های کوچک[1] (SCLC)
2) سرطان ریه با سلول‌های غیرکوچک[2] (NSCLC)
که نحوه‌ی رشد و انتشار هر دو در بدن و نیز روش درمان آن‌ها متفاوت است. انواع سرطان ریه براساس نمای ظاهری سلول‌ها زیر میکروسکوپ طبقه‌بندی می‌شوند. سرطان ریه با سلول‌های غیرکوچک (NSCLC) نیز به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شود: 1) سرطان بافت سطحی[3]، 2) سرطان غدد تراوش‌کننده‌ی مخاط و رگ‌های لنفاوی[4] (اپیتلیوم غده‌ای) و 3) سرطان ریه با سلول‌های بزرگ[5] [1و 2]. در بین افراد مبتلا به این نوع سرطان حدود %90-85 موارد از نوع NSCLC و حدود %15-10 موارد از نوع SCLC می‌باشد.
شایع‌ترین علائم بالینی سرطان ریه شامل سرفه‌ی مداوم و مزمن، درد قفسه‌ی سینه، بی‌اشتهایی، کاهش وزن، خلط خونی، تنگی نفس، عفونت‌های تنفسی مثل برونشیت، شروع خس خس سینه و … می‌باشد، که معمولا در مراحل اولیه‌ی بیماری ظاهر نمی‌شود. از این رو آمار مرگ و میر این نوع سرطان بسیار بالا است [3].
1-1-1- عوامل خطرساز
استعمال دخانیات به ویژه مصرف سیگار مهم‌ترین عامل خطرساز برای ایجاد سرطان ریه است [4]، چرا كه تقریبا %90‌ بیماران دارای سرطان ریه سیگاری هستند و خطر ابتلا به سرطان ریه حدود 20 تا 40 برابر در افراد سیگاری بیشتر از افراد غیرسیگاری است. استعمال دخانیات علت اصلی ابتلای تقریبا %79‌ زنان و %90 مردان به سرطان ریه گزارش شده است و نیز %90 مرگ و میر‌های ناشی از سرطان ریه در اثر استعمال دخانیات اتفاق می‌افتد [5].

گاز رادون دومین علت عمده سرطان ریه بعد از استعمال دخانیات است [6]، این گاز رادیواکتیو، بی‌بو، بی‌مزه و بی‌رنگ است و به طور طبیعی از شکستن اورانیوم در خاک‌ها و سنگ‌ها تشکیل می‌شود. طبق آمار، سالیانه مواجهه با این گاز در بیش از 20000 مرگ ناشی از سرطان ریه در ایالات متحده آمریکا دخیل است [7]. سایر مواردی که خطر ابتلا به این نوع سرطان را افزایش می‌دهند و در محیط کار وجود دارند شامل: هیدروکربن‌های آرماتیک چندحلقه‌ای، آرسنیک، آزبست، کادمیوم، بریلیوم، ترکیبات حاوی نیکل و کروم، اترهای کلرومتیل و … می‌باشند [4]. همچنین مواردی نظیر آلودگی هوا، پیشینه‌ی خانوادگی ابتلا به سرطان ریه، پرتودرمانی ریه‌ها، رژیم غذایی نامناسب، سن بالا، تغییرات ژنی موروثی و اکتسابی و … از عوامل سرطان ریه می‌باشند.
2-1-1- تغییرات ژنی عامل سرطان ریه
در طی چندین سال اخیر، دانشمندان پیشرفت‌های زیادی در شناسایی اثر عوامل خطرساز بر روی تغییرات DNA و ژن‌ها که منجر به سرطانی شدن سلول‌ها می‌شوند، داشته‌اند. آن‌ها مراحل تولید سرطان‌ها را تعیین كرده‌اند كه چندین ژن جهش‌دار در آن دخالت دارند این تغییرات ژنتیكی باعث از هم گسیخته شدن نظم طبیعی تقسیم و تمایز سلول‌ها می‌شود.
سرطان ریه اغلب نتیجه‌ی یكسری تغییرات ژنتیكی شامل فعال شدن پروتوانكوژن‌ها و تبدیل آن‌ها به انكوژن‌ها[1]، و غیر فعال شدن ژن‌های مهارکننده‌ی تومور[2] (TSGs) و … است. پروتوانكوژن‌ها ژن‌هایی هستند که در حالت طبیعی مسئول تنظیم تقسیم و رشد سلول‌ها هستند و در صورتی كه جهش ژنتیكی پیدا كنند انكوژن نامیده می‌شوند كه بیان ژنی آن‌ها بسیار بالاست. و ژن‌های مهارکننده‌ی تومور ژن‌هایی هستند که تقسیم سلولی را کند کرده و زمان مرگ سلول‌ها را تعیین می‌کنند. فقدان ژن‌های مهار كننده‌ی ‌توموری باعث تقسیم غیرقابل كنترل سلول‌ها می‌شود.
انکوژن‌هایی که منجر به بیماری‌ سرطان ریه می‌شوند شامل c-myc، kras جهش یافته (درهیچ کدام از موارد سرطان ریه از نوع SCLC مشاهده نمی‌شود ولی در %20-15 موارد سرطان ریه از نوع NSCLC و اکثر موارد اپیتلیوم غده‌ای مشاهده می‌شود)، ژن egfr بیش از حد بیان شده، cyclin D1، BCL2 و … هستند.  ژن‌های مهارکننده‌ی تومور (TSGs) درگیر در اکثر موارد سرطان ریه شامل p53 (در %90 موارد سرطان ریه از نوع SCLC و %50 موارد سرطان ریه از نوع NSCLC مشاهده می‌شود)، Rb (در %90 SCLC و %20 NSCLC مشاهده می‌شود)، p16 (در بیش از %50 NSCLC و کمتر از %1 SCLC مشاهده می‌شود) و … هستند. و ژن‌های hTR و  hTERTتقریبا در همه‌ی انواع سرطان‌ ریه به صورت یک مکانیسم نامیرایی بیان می‌شوند [8].
2-1- اهمیت شناسایی سرطان ریه
سرطان ریه مهم‌ترین و شایع‌ترین علت مرگ ناشی از سرطان در بین مردان و زنان محسوب می‌شود. مرگ و میر بالای این نوع سرطان، ناشی از میزان ابتلای بالا به بیماری و شانس بقای پایین برای زنده ماندن است. اخیراً انجمن سرطان آمریکا بیش از 22147000مورد جدید سرطان ریه و بیش از 1147000 مورد مرگ ناشی از آن را در آمریکا گزارش کرده است که حدود %27 مرگ‌های ناشی از انواع سرطان را تشکیل می‌دهد. و طبق آمارهای جهانی هر سال بیش از یک میلیون نفر در اثر این نوع سرطان جان خود را از دست می‌دهند [3و 9].
بیش از %80 بیماران سرطان ریه در کمتر از پنج سال از زمان شناسایی بیماری جان خود را از دست می‌دهند [10]، چرا که بیشتر آن‌ها در طی مراحل پیشرفته‌ی بیماری و زمانی که درمان آن چندان امکان‌پذیر نیست، متوجه بیماری می‌شوند از این رو شناسایی زودهنگام سرطان ریه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
3-1- روش های شناسایی سرطان ریه
تاکنون در زمینه‌ی پزشکی روش‌های مختلفی برای شناسایی سرطان ریه مورد استفاده قرار گرفته است که از جمله‌ی این روش‌ها می‌توان به عکسبرداری از قفسه‌ی سینه با تابش پرتوی ایکس[1]، سی‌تی‌اسکن[2](CT scan) ، ام‌آرآی[3] (MRI)، اسکن استخوان[4]، برونكوسكوپی[5]، آزمایش خلط[6] و … اشاره کرد [11-13]. با پیشرفت‌های چشمگیر فناوری نانو در سال‌های اخیر و توسعه‌ی نانو مواد مختلف، شناسایی بیومارکر‌های سرطان با دقت و حساسیت بالا فراهم شده است. فناوری نانو روش‌های سریع‌تر، ارزان‌تر، دارای حد آشکارسازی پایین‌تر و آسان‌تری را جهت شناسایی سرطان ریه ارائه کرده است. نانو مواد مورد استفاده در این روش‌ها شامل، نانوسیم‌های سیلیکا[7]، نانوذرات طلا، نانو لوله‌های کربنی[8]، نقاط کوانتومی[9]، نانوذرات مغناطیسی و … می‌باشند [14].
بیومارکر‌ها یا نشانگر‌های زیستی، شاخصی از وضعیت زیستی بیماری هستند که برای تشخیص بیماری به کار می‌روند. همچنین این نشانگر‌ها برای مطالعه‌ی فرآیند‌های سلولی و شناخت یا کنترل توقف یا تغییر فرآیند‌های سلولی در سلول‌های سرطانی مورد استفاده قرار می‌گیرند [14]. نشانگر‌های زیستی می‌توانند پروتئین، DNA جهش‌یافته، RNA، لیپید، کربوهیدرات و مولکول‌های کوچک حاصل از متابولیسم سلولی باشند [15]. جدول 1-1 تعدادی از این بیومارکر‌ها را به عنوان نمونه نشان می‌دهد [14].