ساخت حسگر زیستی برای به دام‌اندازی سلولهای سرطانی مبتنی بر افزاره‌های مایکروفلویئدیکی بر پایه نانوساختارهای اکسید فلزی
در دهه‌های اخیر، سرطان یکی از مهمترین تهدیدهای سلامتی جامعه بشری محسوب می شود. زمان تشخیص اولیه و میزان پیشرفت این بیماری از پارامترهای تعیین کننده درمان احتمالی سرطان هستند.

مقدمه

در دهه‌ های اخیر، سرطان یکی از مهم ترین تهدیدهای سلامتی جامعه بشری محسوب می شود. زمان تشخیص اولیه و میزان پیشرفت این بیماری از پارامترهای تعیین کننده درمان احتمالی سرطان هستند؛ از این رو تشخیص زودهنگام این بیماری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش‌های بالینی تشخیص سرطان، در گام نخست، به اطلاعاتی درباره نوع و محل احتمالی گسترش سلول‌ های سرطانی نیازمند هستند. این روش‌ها علاوه بر زمان ‌بر بودن، هزینه‌های بالایی را به بیمار تحمیل می کنند. همچنین، احتمال تشخیص زودهنگام سرطان در سطوح اولیه پیشرفت بسیار کم است و به دست آوردن اطلاعات مربوط به سطح متاستاز سرطان امکان پذیر نمی باشد. در مقابل، روش‌های مبتنی بر جداسازی و شمارش سلول‌ های سرطانی، امکان تشخیص سرطان در مراحل اولیه و همچنین تشخیص سطح متاستازی سرطان را فراهم می آورند. افزون بر این، با به کارگیری این روش، نوع سرطان با بررسی و مطالعه یک تک سلول قابل تشخیص است. در این روش بیمار قبل و بعد از درمان تحت بررسی قرار می‌ گیرد و احتمال بازگشت بیماری درمان شده پیش بینی می‌شود. در این راستا، ظهور افزاره‌های مایکروفلویئدیک مبتنی بر نانوساختارها در حوزه جداسازی و شمارش سلول ‌های سرطانی، گامی اثر بخش برای تشخیص سرطان در کوتاه ‌ترین زمان ممکن و به صورت خودکار محسوب می ‌شود. همچنین کاهش مقیاس افزاره، اندازه نمونه و مقدار آلایندگی را می‌توان از جمله مزیت‌های این نوع افزاره‌ها برشمرد. 
 
 
 

اهداف

 

 جهت دستیابی به اهداف زیر، به شبیه‌سازی و ساخت افزاره میکروفلویئدیکی مبتنی بر نانوساختارهای اکسید فلزی پرداخته می‌شود؛

1. جداسازی سلول‌های سرطانی و جمع‌آوری آن‌ها

2. به دام اندازی سلول‌های بیولوژیکی بر پایه چسبندگی الکترواستاتیکی

3. فراهم سازی بستر تشخیص برپایه اکسید فلزی با طراحی آسان و ازران

4. جداسازی و به دام اندازی سلول ‌های سرطانی بدون نیاز به برچسب و نشانگر زیستی

5. قابلیت یکپارچه سازی با سایر اقسام آماده سازی نمونه بیولوژیکی

 

مراحل انجام طرح

 

1. طراحی و شبیه‌سازی مایکروکانال‌های مبتنی بر دی اکتروفورسیس

2. بررسی حرکت سلول‌ها سرطانی و سلول‌های عادی در مایکرو کانال‌ها

3. مطالعه نانوساختارهای اکسید فلزی مناسب برای به دام‌ اندازی سلول‌های سرطانی

4. بررسی الگوی بهینه برای بستر به دام‌اندازی مبتنی بر نانوساختار اکسید فلزی انتخاب شده

5. ساخت افزاره مایکروفلویئدیکی و تست نمونه خونی با هدف جداسازی سلول‌های سرطانی از سلول‌های عادی

6. تست طیف امپدانسی برای سلول‌های سرطانی چسبیده شده به منظور تشخیص مرحله سرطان

 

مشخصات فنی و خروجی های طرح

 

در این پژوهش، افزاره مایکروفلویئدیکی پیشنهادی شامل؛ دو ورودی ( یکی برای ورود سلول‌ها و دیگری برای ورود بافر)، سه خروجی و الکترودهای دیواره‌ای می‌باشد. کانال اصلی افزاره به طول mm 4 و عرض μm 100 می‌باشد. الکترودهای افزاره از جنس طلا در نظر گرفته شده‌اند که به صورت تفاضلی بایاس می ‌شوند. این ویژگی‌ها منجر به حرکت سلول‌ها در وسط کانال و به سمت جلو می‌شوند. دو خروجی در اواسط کانال برای خروج سلول‌های سرطانی و یک خروجی در انتهای کانال برای جمع‌آوری سایر سلول‌های خونی شامل گلبول‌های قرمز و سفید در نظر گرفته می‌شوند. با در نظر گرفتن ولتاژهای تفاضلی برای الکترودها، امکان کاهش ولتاژ اعمالی تا 2 ولت فراهم می‌شود که منجر به کاهش انرژی مصرفی افزاره می شود.

به منظور افزایش راندمان افزاره و دقت تشخیص مرحله سرطان، بستر محل جمع‌آوری سلول‌های سرطانی از نانوساختارهای اکسید فلزی مناسب پوشیده می‌شود. این بستر با طرح‌های بهینه الگو شده که منجر به افزایش تعداد و میزان چسبندگی سلول‌های سرطانی می‌شود. میزان چسبندگی سلول‌های سرطانی بر روی نانوساختارها با تصاویر میکروسکوپ الکترونی بررسی می‌شود. در این مرحله پس از تست چسبندگی سلول‌ها در مدت زمان‌های مختلف، تست طیف امپدانسی برای مشخص کردن مرحله سرطان انجام می ‌پذیرد. طراحی منحصر به فرد این افزاره و پتانسیل الکترودهای آن، امکان استفاده این افزاره برای انواع مختلف سرطان را فراهم می‌آورد. با توجه به ویژگی‌های سلول‌های سرطانی مختلف، با تغییر ولتاژ اعمالی‌، سلول‌های سرطانی جداسازی و جمع‌آوری می‌شود.‌

 
 
تاریخ:
1400/01/15
تعداد بازدید:
340
منبع:
كليه حقوق اين وب سايت متعلق به دانشگاه خواجه نصير الدين طوسي ميباشد.