سنتز نانوذرات کوپليمري Zeolite-PEG متصل به حساسگر نوري متيلن بلو به منظور بررسي خواص فتوفيزيکي آن WORD

چکيده

روش­هاي پيشين درمان انواع بيماري­ها و از جمله سرطان­ها بدليل داشتن عوارض جانبي ما را به سوي درمان­هاي جديد هدايت کرده است. يکي از اين روش­هاي نوين درماني فتودايناميک­تراپی مي­باشد که با استفاده از يک ماده حساس به نور، اکسيژن و نور با طول موج مناسب مواد سمي توليد مي­نمايد. از سويي ديگر فناوري نانو با استفاده از ساختارهاي جديد دارورساني عملکرد بهتري نسبت به روش­هاي پيشين داشته است. در اين پژوهش پس از بررسي سيستم­هاي داروئي جديد، از متيلن بلو به عنوان ماده حساس به نور در دسترس و از ليزر ديودي به عنوان سيستم نوردهي استفاده شده است. در اين پژوهش از دو زئوليت در ابعاد نانو و يک زئوليت طبيعي بعنوان حامل دارويي استفاده نموديم. سنتز زئوليت­هاي مصنوعي شامل ZSM-5 و Sodaliteبا استفاده از روش هیدروترمال صورت پذيرفت. در ادامه پگيلاسيون بمنظور محافظت ساختارهاي زئوليتي از سدهاي زيستي روي ساختار زئوليتي صورت پذيرفت و متيلن بلو بر روي ساختار نهايي قرار داده شد. تجزیه های طیف سنجی فرابنفش- مرئي، تبديل فوريه مادون قرمز، پراش پرتو ايکس، تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي به منظور بررسي خواص فيزيکي و شيميايي اين ساختارها بکار گرفته شد. تعيين ابعاد، پيوند­هاي شيميايي درگير و مورفولوژي ساختارهاي حاصل بر­اساس اين نتايج مورد تحليل قرار گرفت. مقايسه نرخ توليد اکسيژن يکتايي متيلن بلو و ساختارهاي زئوليتي پگيله شده متصل به متيلن بلو با استفاده از پديده فتواکسيداسيون دي فنيل ايزو بنزوفوران بعنوان مقياسي در توانمندي توليد عوامل سمي تحت پرتوهاي نور قرمز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل مبين تاثير چشمگير نانوساختار زئوليتي ZSM-5 و ميکروساختار زئوليتي طبيعي کلينوپتيلوليتبر نرخ توليد اکسيژن يکتايي مي­باشد. از سويي ديگر اين نتايج در نانوساختار زئوليتي سوداليت اميد بخش نيست.

واژه‌هاي كليدي:متيلن بلو، ساختارهاي متخلخل زئوليتي، اکسيژن يکتايي، فتودايناميک تراپي

فهرست مطالب

عنوان	صفحه
فصل اول: مقدمه	1
1-1 مقدمه	2
1-2 سرطان	3
1-2-1 راه­های گسترش سرطان	3
1-2-2 روش­های تشخیص	4
1-2-2-1 غربالگری(بیماریابی)	4
1-2-2-2 آزمایش خون	4
1-2-2-3 رادیوگرافی از قفسه سینه(CXR)	5
1-2-2-4 ماموگرافی	5
1-2-2-5 سونوگرافی	5
1-2-2-6 نمونه­برداری	5
1-2-2-7 آندوسکوپی	5
1-2-2-8 آزمایش ادرار	5
1-2-2-9 آزمایش خون مخفی در مدفوع	5
1-2-2-10 اسمیر دهانه رحم(پاپ اسمیر)	6
1-2-2-11 سی­تی­اسکن	6
1-2-3 روش­های درمان سرطان	6
1-2-3-1 درمان سیستمیک	6
1-2-3-2 هورمون درمانی	7
1-2-3-3 درمان زیست شناختی	7
1-2-3-4 شیمی درمانی	8
1-2-3-5 پرتو­درمانی سیستمیک	8
1-2-3-6 درمان موضعی	9
1-2-3-7 جراحی	9
1-2-3-8 پرتودرمانی موضعی	9
1-2-3-9 پیوند سلول­های بنیادی	10
1-3 فتوداینامیک­تراپی	11
1-3-1 منبع نور	12

 

1-3-2 ماده حساس به نور	13
1-3-3 مکانیسم درمان	15
1-3-4 برتری­های روش فتوداینامیک تراپی	16
1-3-5 چالش­های فتوداینامیک تراپی	16
1-4 سیستم­های دارورسانی	17
1-4-1 دارورسانی به روش سنتی	17
1-4-2 دارورسانی نوین	17
1-5 مروری بر مقالات	20
1-6 هدف پژوهش	23
فصل دوم: زئولیت­ها	24
2-1 مقدمه	25
2-2 طبقه بندی زئولیت­ها	27
2-3 خواص زئولیت­ها	27
2-3-1 ظرفیت تبادل کاتیونی	28
2-4 ویژگی فیزیکی و شیمیایی زئولیت­ها	29
2-5 دسته­بندی زئولیت­ها	30
2-5-1 زئولیت­های طبیعی	30
2-5-2 زئولیت­های مصنوعی	31
2-6 مقایسه زئولیت­های طبیعی و مصنوعی	32
2-7 معرفی زئولیت­های مورد استفاده	33
2-7-1 زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت	33
2-7-2 زئولیت سنتزی ZSM-5	34
2-7-3 زئولیت سنتزی سودالیت	35
2-8 تولید زئولیت­ها	36
2-9 منابع زئولیتی	37
2-10 روش­های سنتز زئولیت­ها	37
2-10-1 روش سنتز فاز مایع(فرآیند هیدروترمال)	38
2-10-2 روش انتقال فاز گاز(ژل خشک)	39
2-10-3 روش­های نوین سنتز	39
2-10-3-1 سنتز با استفاده از ژل و محلول شفاف	39
2-10-3-2 سنتز با استفاده از نانوبلورهای زئولیت در فضای بسته	41
2-10-3-3 رشد درونی مواد محافظ(ISS)	41
2-10-3-4 تبلور با حرارت­دهی توسط ریزموج	42
2-11 کاربرد­های زئولیت	43
2-11-1 زئولیت در پزشکی	43
2-12 نتیجه­گیری	45
فصل سوم: پلیمرها	46
3-1 مقدمه	47
3-2 پلیمر	47
3-3 توصیف پلیمرها	48
3-3-1 جرم مولکولی	49
3-3-2 ساختار مولکولی	50
3-3-3 مورفولوژی	50
3-3-4 خواص حرارتی	51
3-4 ساختار پلیمر­ها	51
3-5 پلی­اتیلن­گلیکول	52
3-5-1 تعریف	52
3-5-2 استفاده­های پزشکی جدید PEG	54
3-6 تهیه و کپسولاسیون دارو در نانوذرات پلیمری	55
3-7 پگیله­کردن	56
3-7-1 پگیله­کردن پروتئین­ها و اهمیت داروئی آن	61
3-7-2 ملاحظاتی راجع به PEGylation	61
3-7-3 روش­های تشخیص	63
3-7-4 پگیله­کردن برگشت­پذیر	64
3-7-5 محدودیت­های پگیله­کردن	64
3-7-6 دیدگاه­های آینده	64
فصل چهارم: مواد و روش­ها	65
4-1 مقدمه	66
4-2 مواد شیمیایی مورد استفاده	66
4-2-1 مواد شیمیایی جهت سنتز ZSM-5	66
4-2-2 مواد شیمیایی جهت سنتز سودالیت	67
4-2-3 مواد شیمیایی جهت تست تولید اکسیژن یکتایی	67
4-3 تجهیزات مورد استفاده	67
4-3-1 دستگاه سانتریفیوژ	67
4-3-2 آون	68
4-3-3 pHمتر	68
4-3-4 دستگاه اسپکتروفتومتر فرابنفش- مرئی	69
4-3-5 دستگاه پراش پرتو ایکس	70
4-3-6 دستگاه طیف­سنجی مادون قرمز	73
4-3-7 میکروسکوپ الکترونی روبشی	74
4-3-8 سیستم پرتودهی نوری	75
4-4 سنتز ساختارهای زئولیتی	76
4-4-1 سنتز ZSM-5	76
4-4-2 تهیه ترکیب اصلاح­شده MPZ	76
4-4-3 سنتز سودالیت	78
4-4-4 تهیه ترکیب اصلاح­شده MPS	79
4-4-5 تهیه ترکیب اصلاح­شده MPC	79
4-5 آنالیز­های صورت پذیرفته	80
4-5-1 اسپکتروسکوپی فرابنفش- مرئی	80
4-5-2 طیف­سنجی مادون قرمز	80
4-5-2-1 آماده­سازی نمونه­ها جهت انجام آنالیز FTIR	80
4-5-3 پراش پرتو­ایکس	81
4-5-4 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)	81
4-5-5 آنالیز تولید اکسیژن یکتایی	82
فصل پنجم: نتایج	83
5-1 مقدمه	84
5-2 نتایج آنالیزها و آزمون تولید اکسیژن یکتایی زئولیت ZSM-5	84
5-2-1 سنتز پودر زئولیتی ZSM-5	84
5-2-1-1 برررسی نتایج طیف فرابنفش- مرئی	84
5-2-1-2 بررسی طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه(FTIR)	86
5-2-1-3 بررسی پراش پرتوایکس(XRD)	89
5-2-1-4 آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)	91
5-2-1-5 نتایج آزمایش فتواکسیداسیون(DPBF)	92
5-3 نتایج آنالیزها و آزمون تولید اکسیژن یکتایی زئولیت سودالیت	95
5-3-1 سنتز پودر زئولیتی سودالیت	95
5-3-1-1 بررسی نتایج طیف فرابنفش- مرئی	95
5-3-1-2 بررسی طیف سنجی مادون­قرمز با تبدیل فوریه(FTIR)	96
5-3-1-3 بررسی پراش پرتوایکس(XRD)	98
5-3-1-4 آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)	100
5-3-1-5 نتایج آزمایش فتواکسیداسیون(DPBF)	101
5-4 نتایج آنالیزها و آزمون تولید اکسیژن یکتایی زئولیت کلینوپتیلولیت	103
5-4-1 زئولیت خالص کلینوپتیلولیت	103
5-4-1-1 بررسی نتایج طیف فرابنفش- مرئی	103
5-4-1-2 بررسی طیف­سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه(FTIR)	104
5-4-1-3 بررسی پراش پرتو ایکس(XRD)	107
5-4-1-4 آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)	108
5-4-1-5 نتایج آزمایش فتواکسیداسیون(DPBF)	109
فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادات	111
6-1 نتیجه­گیری	112
6-2 پیشنهادات	115
مراجع	116

 

فهرست شکل­ها

شکل(1-1) مکانیسم های فتوشیمیایی دخیل در ایجاد عوامل سمی در فتوداینامیک تراپی	12
شکل(1-2) اصول کلي و مراحل فتودايناميک تراپي	16
شکل(2-1) سنگ زئوليتي	26
شکل(2-2) ساختمان اتمي زئوليت	26
شکل(2-3) زئوليت طبيعي کلينوپتيلوليت Na	34
شکل(2-4) شماتيکي از فرآيند کريستاليزاسيون زئوليت	38
شکل(3-1) هيدروليز PLGA	55
شکل(3-2) نانوذرات زيست تخريب پذير	56
شکل(3-3) فرآيند پگيله کردن نانوذرات	57
شکل(3-4) نانوذرات هدف دار	58
شکل(3-5) شمايي از پليمر حاوي ليگاندهاي هدفمند بارگيري شده با دارو	59
شکل(3-6) پوشش پليمر با نانوذره	59
شکل(3-7) ساختار پلیمر	62
شکل(4-1) دستگاه سانتريفوژ مدلZ233M-2	67
شکل(4-2) آون شرکت Binder	68
شکل(4-3) PHمتر Metrohm 780	69
شکل(4-4) اسپکتروفتومتر کری 50	70
شکل(4-5) نمودار شدت تابش هدف بمباران شده توسط اشعه الکتروني بر حسب طول موج	72
شکل(4-6) دستگاه پراش پرتو ايکس مدل GBC-WMA	72
شکل(4-7) دستگاه طيف سنجي مادون قرمزBruker vector22	73
شکل(4-8) دستگاه ميکروسکوپ الکتروني روبشيVega2-Tescan	75
شکل(4-9) لیزر دیودی mw100 مورد استفاده در طول موج nm655	76
شکل(4-10) توان سنج نوری PM160T	76
شکل(4-11) تصوير نمونه هاي اصلاح شده	80
شکل(5-1) طیفuv-vis الف)متیلن بلو، ب) PEG، ج)ZSM-5، د) نمونه اصلاح شده MPZ	85
شکل(5-2) طیف FTIRالف) متیلن بلو، ب) PEG، ج) ZSM-5، د) نمونه اصلاح شده MPZ	87
شکل(5-3) طيف XRDالف) ZSM-5 سنتزشده، ب) نمونه اصلاح شده MPZ	90
شکل(5-4) تصویر SEMالف) ZSM-5 سنتزشده، ب)نمونه اصلاح شده MPZ	91
شکل(5-5) تغييرات زماني لگاريتمي جذب با استفاده از نور لیزر الف) متیلن بلو، ب)ZSM-5 سنتزشده، ج) نمونه اصلاح شده MPZ	94
شکل(5-6) طيف جذبUV-vis سودالیت سنتزشده، نمونه اصلاح شده MPS	96
شکل(5-7) طيف FTIRالف) سودالیت سنتزشده، ب) نمونه اصلاح شده	97
شکل(5-8) طيف XRDالف) سودالیت سنتزشده، ب) نمونه اصلاح شده MPS	99
شکل(5-9) تصوير SEMالف) سودالیت سنتزشده، ب) نمونه اصلاح شده MPS	101
شکل(5-10) تغييرات زماني لگاريتمي جذب با استفاده از نور لیزر نمونه اصلاح شده MPS	102
شکل(5-11) طيف جذبUV-vissible زئولیت Clinoptilolite، نمونه اصلاح شده MPC	104
شکل(5-12) طيف FTIRالف) زئولیت Clinoptilolite، ب)نمونه اصلاح شده MPC	105
شکل(5-13) طيف XRDالف) زئولیت Clinoptilolite، ب) نمونه اصلاح شده MPC	107
شکل(5-14) تصوير SEMالف) زئولیت Clinoptilolite، ب) نمونه اصلاح شده MPC	108
شکل(5-15) تغييرات زماني لگاريتمي جذب با استفاده از نور لیزر نمونه اصلاح شده MPC	110

 

فهرست جدول ها

جدول(1-1) انواع مواد حساس به نور	13
جدول(2-1) ويژگي هاي بعضي از کاني هاي زئوليت	33
جدول(5-1) نتايج طيف FTIRزئوليت ZSM-5	88
جدول(5-2) نتايج طيف FTIRنمونه اصلاح شده MPZ	89
جدول(5-3) نتايج طيف FTIRزئوليت Sodalite	97
جدول(5-4) نتايج طيف FTIRنمونه اصلاح شده MPS	98
جدول(5-3) نتایج طيف FTIRزئوليت Clinoptilolite	105
جدول(5-3) نتایج طيف FTIRنمونه اصلاح شده MPC	106

 

فهرست نمادها

نانومتر	nm
آنگستروم	A◦
گرم بر سانتي متر مکعب	g/cm3
ميلي متر	mm
گرم بر مول	g/mol
ميکرومتر	mµ
ميلي آمپر	mA
ميلي ليتر	mL
دور بردقيقه	Rpm
مولار	M
ميلي گرم	Mg
سي سي	Cc
ميلي گرم بر گرم	mg/g

 

-1 مقدمه

سرطان يا چنگار[1] تقسيم نامتقارن سلول­هاي بدن است. سرطان زماني ايجاد مي­شود که سلولهاي قسمتي از بدن شروع به رشد غير قابل کنترل کنند. سرطان­ها انواع مختلفي دارند ولي همه آنها زماني ايجاد مي­شوند که سلولهاي غير طبيعي خارج از کنترل شروع به رشد مي­کنند، سلولهاي سرطاني بيشتر از سلولهاي طبيعي عمر کرده و تکثير مي شوند­[1]. سرطان يکي از علل عمده مرگ و مير در سراسر جهان است. طبق اعلام سازمان بهداشت جهاني[2] سرطان عامل 13% از مرگ­ها مي­باشد. همچنين انجمن بهداشت امريکا گزارش مي­دهد که 6/7 ميليون نفر در سال 2007 بر اثر سرطان جان خود را از دست داده­اند. و در گزارش ديگريWHOاعلام مي­کند که 84 ميليون نفر در سال­هاي 2015-2005 بر اثر سرطان جان باختند­[2]. روش­هاي درماني موجود عليرغم پيشرفت­هاي چشمگير هم چنان نمي­توانند به درمان قطعي اين بيماري اذعان نمايند. انتخاب پذيري پايين داروهاي شيميايي موجود در روش­هاي شيمي درماني و نيز قرار گرفتن بافت­هاي سالم در معرض تابش پرتوهاي پرانرژي موجب مي­گردد که درمان­هاي متداول کنوني هدفمند نباشند. از سوي ديگر سيستم دفاعي بدن به عنوان سدي در برابر هجوم عوامل دارويي مانع از انتقال کامل دارو به بافت تومور مي­گردد. از اين رو دانشمندان به منظور غلبه بر اين مشکلات به سوي روش­هاي کمتر تهاجمي مانند فتودايناميک تراپي متمايل گشته اند. اين روش درماني با بهره گيري از منابع نور بي خطر به طور انتخابي تواماً هدف را مورد هجوم قرار داده و کمترين آسيب به بافت سالم وارد خواهد شد. از سويي ديگر هدايت مواد حساس به نور به بافت تومور نيازمند عبور از سدهاي زيستي است که مي­تواند تأثير چشمگيري در راندمان درماني و افزايش طول عمر بيماران داشته باشد.

1-2 سرطان

سلول­هاي سرطاني از سازوکارهاي عادي تقسيم و رشد سلول­ها تبعيت نمي­نمايند. به عبارتي سرطان در اثر تغيير در برنامه حياتي يک يا چند سلول بدن رخ مي­دهد، به طوريکه روند مرگ کنترل شده سلول از حالت عادي خارج شده و جمعيت اين نوع از سلول­های جهش يافته به طور کنترل ناپذيري افزايش مي­یابد. دلايل متعددي همچون عوامل ژنتيکي يا مواردي که موجب اختلال در فعاليت سلول­ها مي شوند، از جمله قرار گرفتن در معرض مواد سرطانزا و تشعشعات خطرناک و بسياري عوامل محرک ديگر در شکل­گیری سرطان مطرح شده است. از سويي ديگر اين سلول­ها قابليت انتشار در ساير بافت­هاي بدن را دارا مي­باشند که خطر نفوذ در بافت­هاي حياتي را به وجود آورده و کنترل بيماري را دشوارتر مي­نمايند. روش­هاي تشخيصي موجود با مکانيسم­هاي متعدد مي­توانند در مراحل مختلف اين بيماري آن را شناسايي نمايند. در صورت تشخيص زود هنگام اين بيماري مي­توان روند رشد اين بيماري را تحت کنترل در آورد و عمر بيمار را به طور چشمگيري افزايش داد. اين در حالي است که تشخيص دير هنگام اين بيماري با چالش هاي متعددي همراه بوده و عمدتاً نتايج مناسبي نخواهند داشت ]3[.

 

1-2-1 راه هاي گسترش سرطان

سرطان به سه طريق در بدن گسترش مي­يابد که عبارتند از:

ü بافت:سرطان به بافت سالم مجاور حمله مي­کند.

ü دستگاه لنفاوي:سرطان به دستگاه لنفاوي حمله مي­کند و در عروق لنفاوي حرکت مي­نمايد و به ديگر نقاط بدن مي­رسد.

ü خون: سرطان به سياهرگها و مويرگها حمله مي­کند و به همراه خون به ديگر نقاط بدن مي­رسد.

1-2-2 روش­هاي تشخيص

روش­هايي براي تشخيص سرطان وجود دارد که در ادامه به معرفي آنها مي­پردازيم:

 

1-2-2-1غربالگري(بيمار­يابي) :

غربالگري به مفهوم تشخيص زودرس سرطان در افراد بي علامت است كه حيات بيمار را تضمين مي­كند. غربالگري سرطان براي گروه­هاي زير در دسترس است:
‌الف) عموم مردم:سرطان­هاي پستان، روده بزرگ، دهانه رحم و پروستات از دسته سرطان­هايي مي­باشند که توسط غربالگري تشخيص داده مي­شوند.
ب) گروه­هاي با احتمال بالاي ابتلا به سرطان: سرطان­هاي ريه، كبد در هپاتيتB وCمزمن، معده، بيضه نيز از دسته سرطان­هايي مي­باشند که در اين گروه غربالگري مي­شوند.

 

1-2-2-2 آزمايش خون:

گاهي در تشخيص بيماراني که علائم مبهم دارند اندازه­گيري سطح تومورمارکرها برايشان درخواست مي­گردد. تومورمارکرها مواد پروتئيني هستند که در ادرار يا سرم فرد وجود دارند و توسط تومور يا بدن فرد در پاسخ به سرطان توليد مي­شوند. تومورمارکرها انواع مختلفي دارند، برخي در نوع خاصي از سرطان توليد مي­شوند و به اصطلاح اختصاصي اند و برخي در انواع مختلفي از سرطان ها ديده مي­شوند. تومورمارکرها اسامي متفاوتي دارند و براي بررسي سرطان­هاي متفاوت مورد بررسي قرار مي­گيرند مثلا PSAبراي سرطانپروستات،CEA براي سرطان روده بزرگ و پستان، CA125براي سرطان تخمدان وCA19-9براي سرطان لوزالمعده و غيره.

 

 

1-2-2-3راديو­گرافي از قفسه سينه(CXR):

اين تصوير­برداري در بيماران با سرطان ريه و بيماراني که پزشک مشکوک به انتشار سرطان از جايي ديگر به ريه بيمار است بکار مي­رود.

1-2-2-4 ماموگرافي:

اين روش براي تشخيص زود هنگام سرطان پستان بسيار مفيد است.

1-2-2-5 سونوگرافي:

اين روش به منظوريافتن بدخيمي­هاي مخفي شکم و حفره لگني مثل تومور پانکراس و سرطان تخمدان و همچنين براي بررسي سرطان­هايي که در کبد قرار گرفته اند، مورد استفاده قرار مي­گيرد.

1-2-2-6 نمونه برداري:

اين جراحي ساده سرپايي و معمولاً تحت يک بي حسي موضعي انجام مي­شود. نمونه برداري در افرادي که يک توده يا تورم بزرگ شونده و يا يک ضايعه پوستي در حال تغيير مورد استفاده قرار مي­گيرد.

1-2-2-7 آندوسکوپي:

اين يک روش تشخيصي با وسايل مخصوص است که توسط پزشک با چراغ براي ديدن حفره معده، روده بزرگ، بيني، ناي و ريه ها براي يافتن ضايعات سرطاني بکار مي­رود و يک روش مفيد براي پيگيري تومور بعد از درمان است.

1-2-2-8 آزمايش ادرار:

در بيماراني که مشکوک به بدخيمي هاي کليه، حالب(مجرايي که ادرار را از کليه به مثانه منتقل مي­کند)، مثانه و پروستات انجام مي­شود.

 

[1]چنگار واژه فارسی سرطان است

[2] World Health Organization(WHO)