Consultant expert, Dr. Mohamed Taha NANODIAMOND PARTICLES FOR BIOMACROMOLECULE IMMOBILIZATION AND DYE CONTAMINANT ADSORPTION
On Sale
$0.00
$6.99
Consultant expert, Dr. Mohamed Taha
NANODIAMOND PARTICLES FOR BIOMACROMOLECULE
IMMOBILIZATION AND DYE CONTAMINANT ADSORPTION
A Thesis Submitted to the College of Graduate Studies and Research
In Partial Fulfillment of the Requirements
For the Degree of Doctor of Philosophy
In the Division of Biomedical Engineering
University of Saskatchewan
Saskatoon
In presenting this thesis in partial fulfillment of the requirements for a Postgraduate degree
from the University of Saskatchewan, I agree that the Libraries of this University may make it
freely available for inspection. I further agree that permission for copying of this thesis in any
manner, in whole or in part, for scholarly purposes may be granted by Professor Qiaoqin Yang
and Professor Catherine Hui Niu, who supervised my thesis work or, in their absence, by the
Head of the Department or the Dean of the College in which my thesis work was done. It is
understood that any copying or publication or use of this thesis or parts thereof for financial gain
shall not be allowed without my written permission. It is also understood that due recognition
shall be given to me and to the University of Saskatchewan in any scholarly use which may be
made of any material in my thesis.
Requests for permission to copy or to make other use of material in this thesis in whole or part
should be addressed to:
Head of the Division of Biomedical Engineering
University of Saskatchewan
Saskatoon, Saskatchewan, S7N 5A9, Canada
ii
ABSTRACT
Nanodiamond (ND) has become a widely studied material in recent years due to its excellent
properties, which includes high specific surface area, oxygen-containing surface groups
(desirable for physical or chemical functionalization), physically and chemically inert diamond
core, optical transparency, and biocompatibility. ND has been found to be biocompatible and
have no cytotoxicity to cells. To date, significant attention has been focused on utilizing ND
material as a platform for biomacromolecule immobilization which is promising for biological
applications such as biosensor. Moreover, excellent surface properties of ND might be able to
make it a desirable adsorbent material. The present thesis work has focused on using ND for
biomacromolecule immobilization as well as dye contaminant adsorption.
First, the immobilization of an important biomacromolecule, carboxymethyl chitosan, onto ND
surface as well as the properties of the product was investigated in detail. The carboxymethyl
chitosan modified ND (NDCMCS) shows improved dispersity especially in low and high pH
aqueous solutions. Moreover, the rich content of primary amine and hydroxyl on CMCS
backbone would render further physical or chemical functionalization of ND more flexible and
versatile. The following work is then focusing on the protein adsorption behaviors onto ND
surface as well as whether protein could retain its structural features upon immobilization. To this
end, bovine serum albumin (BSA) was chosen as a model protein for the study of protein
conformation and the interaction between ND and protein in their complex. The results have
demonstrated that ND is an excellent platform for protein immobilization with high affinity and
الخبير الاستشاري الدكتور محمد طه
جزيئات نانو دياموند ل BIOMACROMOLECULE
منع التعبئة وصبغ الملوثات الملوثة
أطروحة تقدم لكلية الدراسات العليا والبحوث
في الاستيفاء الجزئي للمتطلبات
للحصول على درجة دكتور في الفلسفة
في قسم الهندسة الطبية الحيوية
جامعة ساسكاتشوان
ساسكاتون
في تقديم هذه الأطروحة في استيفاء جزئي لمتطلبات درجة الدراسات العليا
من جامعة ساسكاتشوان ، أوافق على أن مكتبات هذه الجامعة قد تصنعها
متاحة مجانا للتفتيش. أوافق كذلك على الإذن بنسخ هذه الأطروحة في أي
بطريقة ، كليًا أو جزئيًا ، لأغراض علمية قد يمنحها البروفيسور Qiaoqin Yang
والبروفيسور كاثرين هوي نيو ، الذي أشرف على أطروحتي أو ، في غيابهم ، من قبل
رئيس القسم أو عميد الكلية التي تمت فيها رسالتي. أنه
يفهم أن أي نسخ أو نشر أو استخدام لهذه الأطروحة أو أجزاء منها لتحقيق مكاسب مالية
لن يسمح دون إذن كتابي مني. ومن المفهوم أيضا أن الاعتراف الواجب
ستعطى لي ولجامعة ساسكاتشوان في أي استخدام علمي قد يكون
مصنوعة من أي مادة في أطروحتي.
طلبات الإذن بنسخ أو استخدام مادة في هذه الأطروحة كليًا أو جزئيًا
يجب أن تكون موجهة إلى:
رئيس قسم الهندسة الطبية الحيوية
جامعة ساسكاتشوان
ساسكاتون ، ساسكاتشوان ، S7N 5A9 ، كندا
ثانيا
نبذة مختصرة
أصبح Nanodiamond (ND) مادة تمت دراستها على نطاق واسع في السنوات الأخيرة نظرًا لامتيازها
الخصائص ، والتي تشمل مساحة سطح عالية محددة ، ومجموعات سطحية تحتوي على الأكسجين
(مرغوب فيه للتشغيل الفيزيائي أو الكيميائي) ، الماس الخامل فيزيائيًا وكيميائيًا
الأساسية والشفافية الضوئية والتوافق مع الحياة. تم العثور على ND ليكون متوافقًا حيويًا و
ليس لديهم سمية خلوية للخلايا. حتى الآن ، تم التركيز بشكل كبير على استخدام ND
كمنصة لشل حركة الجزيء الحيوي الذي يعد واعدًا للبيولوجيا
تطبيقات مثل جهاز الاستشعار البيولوجي. علاوة على ذلك ، قد تكون خصائص السطح الممتازة لـ ND قادرة على ذلك
اجعلها مادة ماصة مرغوبة. ركز عمل الأطروحة الحالية على استخدام ND لـ
تجميد الجزيئات الحيوية وكذلك امتصاص الملوثات الصبغية.
أولاً ، تثبيت جزيء حيوي مهم ، carboxymethyl chitosan ، في ND
تم فحص السطح وكذلك خصائص المنتج بالتفصيل. كربوكسي ميثيل
يُظهر ND المعدل من الشيتوزان (NDCMCS) تشتتًا محسنًا خاصة في درجة الحموضة المنخفضة والعالية
محاليل مائية. علاوة على ذلك ، المحتوى الغني للأمين الأساسي والهيدروكسيل على CMCS
العمود الفقري من شأنه أن يجعل المزيد من الوظائف الفيزيائية أو الكيميائية لـ ND أكثر مرونة و
متعدد الجوانب والاستعمالات. ثم يركز العمل التالي على سلوكيات امتصاص البروتين على ND
وكذلك ما إذا كان البروتين يمكن أن يحتفظ بسماته الهيكلية عند الشلل. الى هذا
end، تم اختيار ألبومين المصل البقري (BSA) كنموذج بروتين لدراسة البروتين
التشكل والتفاعل بين ND والبروتين في مجمعهم. النتائج لها
أثبت أن ND هو منصة ممتازة لتجميد البروتين مع التقارب العالي و
NANODIAMOND PARTICLES FOR BIOMACROMOLECULE
IMMOBILIZATION AND DYE CONTAMINANT ADSORPTION
A Thesis Submitted to the College of Graduate Studies and Research
In Partial Fulfillment of the Requirements
For the Degree of Doctor of Philosophy
In the Division of Biomedical Engineering
University of Saskatchewan
Saskatoon
In presenting this thesis in partial fulfillment of the requirements for a Postgraduate degree
from the University of Saskatchewan, I agree that the Libraries of this University may make it
freely available for inspection. I further agree that permission for copying of this thesis in any
manner, in whole or in part, for scholarly purposes may be granted by Professor Qiaoqin Yang
and Professor Catherine Hui Niu, who supervised my thesis work or, in their absence, by the
Head of the Department or the Dean of the College in which my thesis work was done. It is
understood that any copying or publication or use of this thesis or parts thereof for financial gain
shall not be allowed without my written permission. It is also understood that due recognition
shall be given to me and to the University of Saskatchewan in any scholarly use which may be
made of any material in my thesis.
Requests for permission to copy or to make other use of material in this thesis in whole or part
should be addressed to:
Head of the Division of Biomedical Engineering
University of Saskatchewan
Saskatoon, Saskatchewan, S7N 5A9, Canada
ii
ABSTRACT
Nanodiamond (ND) has become a widely studied material in recent years due to its excellent
properties, which includes high specific surface area, oxygen-containing surface groups
(desirable for physical or chemical functionalization), physically and chemically inert diamond
core, optical transparency, and biocompatibility. ND has been found to be biocompatible and
have no cytotoxicity to cells. To date, significant attention has been focused on utilizing ND
material as a platform for biomacromolecule immobilization which is promising for biological
applications such as biosensor. Moreover, excellent surface properties of ND might be able to
make it a desirable adsorbent material. The present thesis work has focused on using ND for
biomacromolecule immobilization as well as dye contaminant adsorption.
First, the immobilization of an important biomacromolecule, carboxymethyl chitosan, onto ND
surface as well as the properties of the product was investigated in detail. The carboxymethyl
chitosan modified ND (NDCMCS) shows improved dispersity especially in low and high pH
aqueous solutions. Moreover, the rich content of primary amine and hydroxyl on CMCS
backbone would render further physical or chemical functionalization of ND more flexible and
versatile. The following work is then focusing on the protein adsorption behaviors onto ND
surface as well as whether protein could retain its structural features upon immobilization. To this
end, bovine serum albumin (BSA) was chosen as a model protein for the study of protein
conformation and the interaction between ND and protein in their complex. The results have
demonstrated that ND is an excellent platform for protein immobilization with high affinity and
الخبير الاستشاري الدكتور محمد طه
جزيئات نانو دياموند ل BIOMACROMOLECULE
منع التعبئة وصبغ الملوثات الملوثة
أطروحة تقدم لكلية الدراسات العليا والبحوث
في الاستيفاء الجزئي للمتطلبات
للحصول على درجة دكتور في الفلسفة
في قسم الهندسة الطبية الحيوية
جامعة ساسكاتشوان
ساسكاتون
في تقديم هذه الأطروحة في استيفاء جزئي لمتطلبات درجة الدراسات العليا
من جامعة ساسكاتشوان ، أوافق على أن مكتبات هذه الجامعة قد تصنعها
متاحة مجانا للتفتيش. أوافق كذلك على الإذن بنسخ هذه الأطروحة في أي
بطريقة ، كليًا أو جزئيًا ، لأغراض علمية قد يمنحها البروفيسور Qiaoqin Yang
والبروفيسور كاثرين هوي نيو ، الذي أشرف على أطروحتي أو ، في غيابهم ، من قبل
رئيس القسم أو عميد الكلية التي تمت فيها رسالتي. أنه
يفهم أن أي نسخ أو نشر أو استخدام لهذه الأطروحة أو أجزاء منها لتحقيق مكاسب مالية
لن يسمح دون إذن كتابي مني. ومن المفهوم أيضا أن الاعتراف الواجب
ستعطى لي ولجامعة ساسكاتشوان في أي استخدام علمي قد يكون
مصنوعة من أي مادة في أطروحتي.
طلبات الإذن بنسخ أو استخدام مادة في هذه الأطروحة كليًا أو جزئيًا
يجب أن تكون موجهة إلى:
رئيس قسم الهندسة الطبية الحيوية
جامعة ساسكاتشوان
ساسكاتون ، ساسكاتشوان ، S7N 5A9 ، كندا
ثانيا
نبذة مختصرة
أصبح Nanodiamond (ND) مادة تمت دراستها على نطاق واسع في السنوات الأخيرة نظرًا لامتيازها
الخصائص ، والتي تشمل مساحة سطح عالية محددة ، ومجموعات سطحية تحتوي على الأكسجين
(مرغوب فيه للتشغيل الفيزيائي أو الكيميائي) ، الماس الخامل فيزيائيًا وكيميائيًا
الأساسية والشفافية الضوئية والتوافق مع الحياة. تم العثور على ND ليكون متوافقًا حيويًا و
ليس لديهم سمية خلوية للخلايا. حتى الآن ، تم التركيز بشكل كبير على استخدام ND
كمنصة لشل حركة الجزيء الحيوي الذي يعد واعدًا للبيولوجيا
تطبيقات مثل جهاز الاستشعار البيولوجي. علاوة على ذلك ، قد تكون خصائص السطح الممتازة لـ ND قادرة على ذلك
اجعلها مادة ماصة مرغوبة. ركز عمل الأطروحة الحالية على استخدام ND لـ
تجميد الجزيئات الحيوية وكذلك امتصاص الملوثات الصبغية.
أولاً ، تثبيت جزيء حيوي مهم ، carboxymethyl chitosan ، في ND
تم فحص السطح وكذلك خصائص المنتج بالتفصيل. كربوكسي ميثيل
يُظهر ND المعدل من الشيتوزان (NDCMCS) تشتتًا محسنًا خاصة في درجة الحموضة المنخفضة والعالية
محاليل مائية. علاوة على ذلك ، المحتوى الغني للأمين الأساسي والهيدروكسيل على CMCS
العمود الفقري من شأنه أن يجعل المزيد من الوظائف الفيزيائية أو الكيميائية لـ ND أكثر مرونة و
متعدد الجوانب والاستعمالات. ثم يركز العمل التالي على سلوكيات امتصاص البروتين على ND
وكذلك ما إذا كان البروتين يمكن أن يحتفظ بسماته الهيكلية عند الشلل. الى هذا
end، تم اختيار ألبومين المصل البقري (BSA) كنموذج بروتين لدراسة البروتين
التشكل والتفاعل بين ND والبروتين في مجمعهم. النتائج لها
أثبت أن ND هو منصة ممتازة لتجميد البروتين مع التقارب العالي و