Implementation of Electro-Plasmonics Chip for Detection Alzheimer Disease

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The human brain contains of billions of neurons that control the central nervous system. Many techniques have been used for recording neural signals and mapping such as EEG (electroencephalogram), MEG (Magnetoencephalography), MRI (Magnetic Resonance Imaging), fMRI(Functional magnetic resonance imaging), CT scan(computed tomography), and fiber-optic techniques...etc. The recording of neuronal activity with low spatial and millisecond temporal resolutions at arbitrary depths in the brain tissues is the most difficult challenge for all of that methods. Therefore, these challenges required novel neural recording techniques in the fields of optics, electronics, magnetics, and other technologies to increase the spatial and millisecond temporal resolutions.One of the modern technologies for sensing neuron activity with high spatial and millisecond temporal resolutions is the plasmonics technique. This technology uses surface plasmon resonance(SPR) sensing to detect neuron activity. Using plasmonics technology with neuron sensing is called Neuro plasmonics technology. This technology combines biosensing with nanotechnologies in both in-vitro and in-vivo conditions. Furthermore, it is providing advantages such aslabel-free detection, real-time analysis, Biocompatible,small sample, low detection limit, and high throughput.In this thesis, an electro-plasmonic chip has been fabricated. It consists of grading layers of polycarbonate as a dielectric coated by a thin layer of gold (35nm). The prepared chip is connected with two terminals (wires) to apply an external voltage and then induce a one-dimensional (1D) electro-plasmonic nanograting chip. The fabricated chip has been evaluated physically by use of a suitable setup and then evaluated biologically to sense a different concentration of dopamine. The second step was to culture the electro-plasmonic chip with neuron cells extracted from rats and stimulated IIby dopamine. This step was to evaluate the ability of the electro-plasmonic chip for detecting the activity of cultured neuron cells. Finally, the electro-plasmonic chip was cultured with human nucleus pulposus cells(HNPC) and then injected with streptozotocin (STZ). This step was to evaluate the ability of the proposed chip for sensing the inhibition of the cultured neuron cells. The results show a nice physical phenomenon known as a plasmonic induce transparency (PIT). This physical phenomenon is produced by surface plasmon resonance (SPR) and it is proper for sensing neuron activity. By applying an external DC voltage, the amplitude (light intensity) increased, which means generating at unable plasmon-induced transparency. The generating of tunable PIT means increasing the proposed chip sensitivity. The proposed chip shows excellent results for sensing different concentrations of dopamine (300 and 700 ppm). A very clear difference was observed in the amplitude of concentration at the wavelength range of 580nm to 600nm. In the next step, twelve samples were cultured with neuron cells (rats) and then stimulated by different concentrations of dopamine. The results show the high ability of the proposed chip for sensing the neuron cells’ activity with high concentration (700ppm) and low concentration about 0.5ppm. Also, the high sensitivity with low concentration at the time range of 2 –10 min. Lastly, the proposed chips (8 samples) were cultured with HNPC cells and injected with Streptozotocin (STZ) in three different concentrations (0.5, 1, and 2 mM). This step was to induce Alzheimer’s disease and to measure the cell’s inhibition. The results show the cell’s activity decreased (inhibition) with increasing the STZ dose. These indicate the high sensitivity of the electro-plasmonic chip for sensing the cultured neuron cells’ activity.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

07874dec-2188-427d-8a88-5da6f65fab7c

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

994323_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تنفيذ شريحة البلازومينيك الكهربائية للكشف عن مرض الزهايمر

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"حسام جواد كاظم عبود الجنابي","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"حسين هادي ناهي","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"حيدر صاحب المؤمن","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Implementation of Electro-Plasmonics Chip for Detection Alzheimer Disease

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

يحتوي دماغ الإنسان على بلايين من الخلايا العصبية التي تتحكم في الجهاز العصبي المركزي. العديد من التقنيات تم استخدامها لتسجيل أنشطة الخلايا العصبية وتصويرها مثل تقنية تخطيط الدماغ (EEG) ، تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي(MEG, MRI, fMRI) ،والتقنيات الضوئية ... إلخ. يعد تسجيل النشاط العصبي مع دقة مكانية وزمانية عالية في مجال أنسجة الدماغ هو التحدي الأكثر صعوبة لجميع تلك الأساليب. لذلك ، تطلبت هذه التحديات تقنيات جديدة لتسجيل أنشطة الخلايا العصبية في مجال البصريات والإلكترونيات وغيرها من التقنيات لزيادة الدقة الزمانية والمكانية. إحدى التقنيات الحديثة لاستشعار نشاط الخلايا العصبية ذات الدقة المكانية والزمانية العالية هي تقنية البلازمونيك. تستخدم هذه التقنية استشعار رنين البلازمون السطحي (SPR) لاكتشاف نشاط الخلايا العصبية. يُطلق على استخدام تقنية البلازمونك مع استشعار الخلايا العصبية تقنية النيوروبلازمونك (Neuroplasmonics). تجمع هذه التقنية بين الاستشعار البيولوجي وتقنيات النانو علاوة على ذلك ، فإنها توفرعدة مزايا مثل الكشف الغير مقيد او ما يعرف بـ(label free) , التحليل الآني, التوافق الحيوي مع الخلايا, صغر حجم الشريحة, الامكانية العالية على كشف النشاط العصبي مع جودة الاشارة المستلمة. في هذه الأطروحة، تم تصنيع رقاقة كهروبلازمونية احاية الأبعاد (1D) تتكون من طبقة عازلة من مادة البولي كاربونات. هذه الطبقة تم طلائها بطبقة نانوية من الذهب (35 نانومتر). تم توصيل الشريحة بسلكين عن طريق اطراف الشريحة لتسليط جهد خارجي. تضمنت الخطوة الأولى تقييم كفاءة هذه الشريحة في مختبر البلازمونك للعمل كمتحسس بلازموني ومن ثم قياس تراكيز مختلفة للناقل العصبي الدوبامين. اما الخطوة الثانية فكانت بزراعة الشريحة الكهروبلازمونية بخلايا عصبية مستخرجة من دماغ الفئران وتحفيزها بواسطة الدوبامين. كانت الغاية من هذه الخطوة هي لتقييم قدرة الشريحة الكهروبلازمونية للكشف عن نشاط الخلايا العصبية المستزرعة. أخيرًا ، تمت زراعة الشريحة الكهروبلازمونية بخلايا النواة اللبية البشرية (HNPC) ومن ثم حقنها بالستربتوزوتوسين (STZ). كانت هذه الخطوة لتقييم قدرة الشريحة المقترحة على استشعار تثبيط الخلايا العصبية المستزرعة. أظهرت النتائج ظاهرة فيزيائية لطيفة تُعرف بالتحريض البلازموني للشفافية (PIT). تنتج هذه الظاهرة الفيزيائية مع ظاهرة الرنين البلازمون السطحي (SPR) وهي مناسبة لاستشعار نشاط الخلايا العصبية. عند تسليط جهد تيار مستمر خارجي لوحظ ازدياد سعة شدة الضوء ، مما يشير الى امكانية زيادة مقدار الشفافية وبالتالي زيادة حساسية الشريحة المقترحة. كما أظهرت الرقاقة المقترحة نتائج ممتازة لاستشعار التراكيز المختلفة من الدوبامين (300 و 700 جزء في المليون). لوحظ اختلاف واضح للغاية في قراءة جهاز المطياف الضوئي وخاصة ضمن الطول الموجي من 580 نانومتر إلى 600 نانومتر. الخطوة التالية تضمنت زراعة اثني عشر عينة بخلايا عصبية (الفئران) ثم تم تحفيزها بتراكز مختلفة من الدوبامين. أظهرت النتائج القدرة العالية للرقاقة المقترحة لاستشعار نشاط الخلايا العصبية بتركيز عالٍ (700 جزء في المليون) وتركيز منخفض حوالي 0.5 جزء في المليون. أيضًا ، قد تشير الحساسية العالية مع التركيز المنخفض من 2 إلى 10 دقائق إلى احتمال وجود ظاهرة (EOT). أما الخطوة الأخيرة ، فتمت زراعة مجموعة عينات من الشريحة المصنعة (8 عينات) بخلايا بشرية تعرف ب (HNPC) وحقنها بمادة الستربتوزوتوسين (STZ) في ثلاثة تراكيز مختلفة (0.5 ، 1 ، 2 ملي مول). كان الهدف من ذلك هو إحداث مرض الزهايمر وقياس مقدار تثبيط الخلية. أظهرت النتائج أن نشاط الخلية انخفض (تثبيط) مع زيادة جرعة STZ. واشارت هذه إلى الحساسية العالية للرقاقة الكهروبلازمونية لامكانية استشعار نشاط الخلايا العصبية المثبطة بعد اصابتها بمرض الزهايمر.

كلمات الباحثين

Electro-plasmonic chip, Neuro-plasmonics, Neuron activity, Dopamine sensing, HNPC cells, Streptozotocin, Alzheimer’s disease, Surface plasmon resonance, Plasmon-induced transparency, Biosensing,

إشراف وإعداد

الإشراف

حسين هادي ناهي, حيدر صاحب المؤمن

الإعداد

حسام جواد كاظم عبود الجنابي

الاقتباسات الببليوغرافية