دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز

مهندس بهزاد ناظر (دانشجوی دوره دکتری مهندسی ‌شیمی)، بیستم اردیبهشت ماه 1396، از رساله خود با عنوان «بررسی تفکیک تمایلی DNA پلاسمیدی در سیستم‌های دوفازی آبی» با راهنمایی دکتر محمد‌رضا دهقانی و دکتر بهرام گلیایی دفاع نمود.

چکیده

هدف از این پژوهش استخراج داده‌های تعادلی ترمودینامیکی و ارائه یک سیستم جداسازی نوین بر پایه سیستم‌های دو فازی آبی رایج و افزودن لیگاند تمایلی به منظور افزایش بهره‌وری جداسازی DNA پلاسمیدی (pDNA) به عنوان یکی از کاربردی‌ترین زیست‌مولکول‌های صنعتی است. بدین منظور در مرحله نخست از پژوهش، پس از انتخاب سیستم‌ دو فازی و لیگاند تمایلی مناسب تفکیک‌پذیری لیگاند و مولکول DNA پلاسمیدی، به طور مجزا در سیستم‌های حاوی پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG) و نمک سولفات‌سدیم (Na2SO4) مورد بررسی قرار گرفت و تأثیر پارامترهایی نظیر pH (6، 5/4 و 3)، دما (°C 30 و 20)، وزن مولکولی پلیمر (Da 4000، 1500، 1000 و 600)،غلظت لیزیت ((w/w) 60%، 45 و 30) و همچنین افزودن نمک‌های ثانویه (KH2PO4، KCl و MgSO4) بر مقادیر بازده بازیابی و ضریب توزیع به عنوان متغیرهای وابسته ارزیابی شد. در ادامه تلاش شد تا با بهره‌گیری از لیگاند تمایلی الیگونوکلئوتیدی که به واسطه طراحی منحصر به فرد آن به صورت انحصاری به توالی مشخصی از DNAپلاسمیدی متصل می‌گرد بازده بازیابی DNA پلاسمیدی به عنوان زیست‌مولکول هدف و همچنین میزان خلوص آن در سیستم افزایش داده شود. به همین منظور در شرایط عملیاتی مشابه نحوه توزیع کمپلکس DNA پلاسمیدی- لیگاند مورد ارزیابی قرار گرفت تا نقش لیگاند در تغییر رفتارهای تفکیک‌پذیری DNA پلاسمیدی مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج حاصله حاکی از آن بود که توزیع لیگاند تنها در سیستم به گونه‌ای است که در شرایط عملیاتی معین 88/99 % لیگاند از فاز فوقانی غنی از پلیمر قابل بازیابی می‌باشد. در خصوص DNA پلاسیمدی اوضاع به کلی متفاوت بود، به نحوی که در شرایط عملیاتی مشابه و در حضور (w/w) 60 % از محلول لیز قلیایی تجمع مولکول‌های pDNA در فاز فوقانی غنی از PEG برابر 94/4 % و در فاز تحتانی غنی از نمک معادل با 42/35 % اندازه‌گیری شد. پس از افزودن لیگاند تمایلی به DNA پلاسمیدی، نتایج نشان داد، بدون آنکه تغییر چشمگیری در تفکیک‌پذیری مولکول‌های پروتئین و RNA مشاهده شود، 33/67 درصد از کمپلکس‌ حاصل در فاز فوقانی تجمع می‌یابد، که این امر شرایط را برای تخلیص نسبی مولکول‌های pDNA مهیا می‌سازد. در انتها نیز با استفاده از داده‌های تعادلی ترمودینامیکی بدست آمده، نحوه توزیع لیگاند تمایلی در سیستم حاوی نمک سولفات‌سدیم و پلی‌اتیلن‌گلیکول با وزن مولکولی Da 4000 با استفاده از مدل UNIFAC-FV مدل‌سازی شد و پارامترهای برهمکنش دو تایی میان زیست‌مولکول و سایر گروه‌های موجود در سیستم برای اولین بار استخراج گردید. شایان ذکر است که مدل مذکور به واسطه لحاظ نمودن سهم هریک از گروه‌های موجود در سیستم در محاسبات ضریب اکتیویته، در مقایسه با سایر معادلات نظیر NRTL (Nonrandom Two-Liquid) و UNIQUAC از توانایی بیشتری در پیش‌بینی رفتارهای تفکیک‌پذیری در سیستم‌های دوفازی آبی برخوردار است. نتایج مدل‌سازی بیانگر آن بود که مدل ارائه شده از توانمندی قابل قبولی در پیش‌بینی رفتارهای تفکیک‌پذیری لیگاند تمایلی برخوردار است.

واژه‌های کلیدی: سیستم‌های دو فازی آبی، جداسازی زیستی، تفکیک تمایلی، DNA پلاسمیدی،