1-1-3 دسته­بندی سلول­های بنیادی بر اساس توان تمایزی آنها ……………………………………………………….

4

1-1-4 دسته­بندی سلول­های بنیادی بر اساس منشا ……………………………………………………..

4

1-1-4-1 سلول­های بنیادی جنینی…………………………………………………

6

1-1-4-2 سلول بنیادی خون بند ناف………………………………………..

7

1-1-4-3 سلولهای بنیادی بزرگسالان………………………..

10

1-1-5 سلول­های مغز استخوان ……………………………….

10

1-1-5-1 سلول­های بنیادی خونساز…………………………..

11

1-1-5-2 سلول مزانشیم مغز استخوان……………………………..

12

1-2 تاریخچه سلول بنیادی مزانشیم ………………………………..

13

1-2-1 مورفولوژی سلول بنیادی مزانشیم …………………………..

14

1-2-2 کنام سلول بنیادی مزانشیم مغز استخوان ……………………………………..

15

1-2-3 ویژگی­های اساسی سلول بنیادی مزانشیم …………………….

16

1-3 کاربردهای سلول بنیادی مزانشیم در درمان ………………..

17

1-3-1 ترمیم استخوان ……………………………………………….

17

1-4 بافت استخوان ……………………………………………..

20

1-5 استئوژنز(استخوان سازی) ……………………………..

21

1-5-1 استخوان­سازی اولیه یا جنینی ………………………..

23

1-5-2 استخوان­سازی ثانویه ………………………………………………..

23

1-5-3 دوباره­سازی استخوان …………………………………………..

24

1-6 هتروژن بودن کشت سلول بنیادی مزانشیمی ……………..

25

1-6-1 شرایط آزمایشگاهی تمایز مزانشیم به استخوان ………………………………………………

25

1-6-2 تنظیم مولکولی تمایز به استخوان سلول های بنیادی مزانشیمی ……………………………………………..

27

1-6-3 نقش سیگنال دهی Wnt در تمایز سلول های بنیادی مزانشیم به استخوان …………………………

29

1-7 عنصر بور ……………………………………..

30

1-7-1 مشتقات بور ………………………………………………………..

32

1-7-2 فراوانی عنصر بور ………………………………………

32

1-7-3 تاریخچه مصرف بور ………………………………..

33

1-7-4 منابع طبیعی بور…………………………………

34

1-7-5 اثرات بور برفلزات ضروری برای متابولیزم در جانوران ………………………………………….

34

1-7-5-1 تاثیر بور بر فیزیولوژی بدن …………………………………..

36

1-7-5-2 تاثیر بور بر روی سرین پروتئازها ……………………………………………………..

37

1-7-6 کاربرد بور در دارو ………………………………………………

37

1-7-7 سرطان ……………………………………………………….

39

1-8 اثرات بور روی استخوان …………………………………….

40

1-9 بور و خون ………………………………………………………..

41

1-10 بور در گیاهان …………………………………………………………

42

1-11 سمیت بور …………………………………………….

44

1-12 محدوده استفاده بور ………………………………………………

45

مروری بر مطالعات گذشته ………………………………………

47

هدف مطالعه ……………………………………………………………..

فصل دوم: مواد و روش­ها

50

2-1 انتخاب رت ……………………………………………………………….

50

2-2 جدا سازی وتكثیر سلول های بنیادی مزانشیم مغز استخوان …………………………………..

52

2-2-1 اجرای پاساژ ………………………………

54

2-3 اثبات مزانشیم بودن سلول های استخراج شده ……………………………………….

54

2-3-1 تمایز به استخوان …………………………………………………………….

55

2-4 بررسی توان زیستی سلولها (دوز فایندینگ) ………………………………

55

2-4-1 رنگ آمیزی تریپان بلو ………………………………………………..

57

2-4-2سنجش تترازولیوم (MTT) …………………………………………………….

57

2-4-2-1 مراحل انجام سنجش MTT)غیر استئوژنیک( …………………………………………………………………..

58

2-4-2-2 ترسیم منحنی استاندارد با استفاده از سنجش تترازولیوم …………………………………………………

59

2-4-2-3 مراحل انجام تست MTT استئوژنیک …………………….

60

2-5انتخاب دوز مورد نظر ………………………………………..

60

2-6 بررسی توان تکثیری سلول­های بنیادی مزانشیم …………….

61

2-6-1 سنجش توانایی کلونی­زایی ………………………………

63

2-6-2 محاسبه تعداد دوبرابرشدگی جمعیتی(PDN) ………………..

62

2-7 بررسی تغییرات مورفولوژیکی با استفاده از رنگ آمیزی فلوروسنت ……………………………………………..

65

2-8 آزمون­های بیوشیمیایی در شرایط تمایز و غیرتمایزی ………………………………………….

65

2-8-1تیمار و استخراج عصاره سلولی ………………………………

65

2-8-2 بررسی فعالیت آنزیم­ها ………………………………………

66

2-8-2-1 تهیه ی نمودار استاندارد برای آزمایش لاوری …………………………………….

66

2-8-2-2 ترانس آمینازها …………………………………

68

2-8-2-3 لاکتات دهیدروژناز…………………………………

70

2-8-2-4 آنزیم آلکالین فسفاتاز ………………………………………………

72

2-8-3 سنجش میزان رسوب ماتریكس معدنی به كمك رنگ آلیزارین رد در سلول های استئوژنیک

72

2-8-3-1 رسم منحنی استاندارد برای رنگ آمیزی آلیزارین رد ………………………..

73

2-8-3-2بررسی رسوب ماتریکس استخوانی در نمونه های تیمار شده …………………………………

73

2-8-4بررسی الکترولیت ها )کلسیم، سدیم و پتاسیم( …………………….

73

2-8-4-1 بررسی میزان کلسیم داخل سلولی با استفاده از کیت کلسیم به روش رنگ سنجی …………

74

2-8-4-1-1 مراحلانجام تست کلسیم در سلول های تمایز یافته )استئوبلاست( …………………………..

75

2-8-4-1-2 مراحل انجام اندازه­گیری میزان کلسیم …..

76

2-8-4-2 اندازه­گیری غلظت سدیم و پتاسیم سلول استئوژنیک و غیر استئوژنیک …………………………..

81

2-9 تجزیه و تحلیل آماری داده ها …………..

فصل سوم: نتایج

82

3-1 الف: نتایج مرحله اول …………………………………

82

3-1-1 رشد و تکثیر سلولهای بنیادی مزانشیم ……………………

82

3-1-2 اثر اسید بوریک بر توانایی زیستی سلولهای بنیادی مزانشیم مغز استخوان رت ……………………

85

3-1-3 بررسی مورفولوژی سلولهای تیمار شده ………………

87

3-1-4 نتایج توانایی کلونی زایی، تعداد دوبرابر شدگی جمعیت سلول ……………………………………………..

89

3-1-5 اثر اسید بوریک بر فاکتورهای بیوشیمیایی ……

91

3-1-6 میزان الکترولیتها…………………………………………..

92

3-2 نتایج اثر دوزهای انتخابی اسید بوریک بر شاخص های تمایز به استئوبلاست …………………………..

92

3-2-1 توانایی زیستی سلولها در روند تمایز ………………………..

93

3-2-2 بررسی تغییرات مورفولوژیکی با استفاده از رنگ­آمیزی فلورسنت در نمونه­هایاستئوژنیک

96

3-2-3 بررسی اثر اسید بوریک بر فاکتورهای بیوشیمیایی سلولهای تمایز یافته ………………………………..

97

3-2-3-1میزان معدنی شدن ماتریکس با سنجش رنگ آلیزارین رد ………………………………………………..

100

3-2-3-2میزان رسوب کلسیم ……………………………………..

101

3-2-3-3بررسی فعالیت آنزیم آلکالین فسفاتاز ………….

101

3-2-3-2 بررسی فعالیت آنزیم آسپارتات و آلانین ترانس آمیناز ………………………………………………………..

103

3-2-3-5 بررسی فعالیت لاکتات دهیدروژناز ………………..

103

3-2-3-6بررسی سطح الکترولیت های سلولهای استئوژنیک ……………………………………………

فصل چهارم: بحث و نتیجه­گیری

105

4-3 اثر اسیدبوریک بر سلولهای مزانشیم ………………………..

105

4-1-1اثر اسید بوریک بر توانایی زیستی و توان تکثیر سلولها ……………………………………………………

108

4-1-2 بررسی تاثیر اسید بوریک بر تغییرات مورفولوژیکی …………………………………………………………………

109

4-1-3 اثر اسید بوریک بر فاکتورهای بیوشیمیایی ….

113

4-1-4 اثر اسید بوریک بر فعالیت آنزیمهای متابولیکی ………………………………………

116

4-2 اثر اسیدبوریک بر تمایز سلولی ………………………………

116

4-2-1 توانایی زیستی …………………………………….

119

4-2-2 بررسی سطح الکترولیت ها …………………………………………….

120

4-2-3 بررسی فاکتورهای استئوژنیک …………………….

124

4-2-4 بررسی اثر اسید بوریک بر آنزیم های متابولیکی …………..

127

4-2-5 تاثیر اسید بوریک بر مورفولوژی سلولهای تمایزی ……………………………………………..

128

4-3 نتیجه گیری ………………………………………………………

129

4-4 پیشنهادات …………………………………………………………….

فصل پنجم:ضمیمه

131

5-1 روش تهیه محیط کشت ………………………………………………….

131

5-2 تهیه ی فسفات بافر سالین PBS^–…………………………….

132

5-3 تهیه ی فسفات بافر سالین مثبت PBS⁺………………………

132

5-4 روش تهیه محیط تمایزی استئوژنیک …………………………..

133

5-5 آماده سازی آلیزارین رد ……………………………………………

133

5-6 روش تهیه محلول تریپان­بلو 4/0 درصد …………………………….

133

5-7 تهیه کریستال ویولت ………………………………………

133

5-8 روش تهیه محلول MTT………………………………….

133

5-9روش تهیه بافر شست و شو( ( Tris-Hcl-NaCl…………………..

133

5-10 مواد لازم و روش تهیه بافر استخراج ( Tris-Hcl) …………

134

5-11 روش تهیه بافر ARS ……………….

134

5-12 روش تهیه محلول BSA ……………………………

134

5-13 روش تهیه محلول کمپلکس لاوری …………

135

5-14 روش تهیه بافر استخراج کلسیم ………………………….

135

5-15 روش تهیه رنگ های فلورسنس هوخست و آکریدین اورنژ ….

تعریف سلول­های بنیادی

به طور نرمال سلول­های تخصص یافته بدن مثل سلول پوست یا سلول عصبی در تمام دوره زندگی به همان صورت باقی می­مانند، اما در بدن سلول­های دیگری به نام سلول­های بنیادی وجود دارند که توانایی تبدیل به سلول­های دیگری چون سلول قلب، عصبی، ماهیچه و ……. را دارا می­باشند (1).

سلول­های بنیادی[1] سلول­هایی غیر تخصصی[2] در بدن هستند که قابلیت تمایز به سلول­های تخصص­یافته را با کسب کلیه اعمال سلولی تخصصی دارند. این سلول­ها دارای دو ویژگی اساسی یعنی توانایی تقسیم و تولید سلول­هایی با خواص یکسان (خودنوزایی)[3]و ایجاد انواع سلول­های تمایزیافته می باشند (شکل 1-1)(1).

به دلیل این­که این سلول­ها منشا تولید بقیه انواع سلول­ها هستند واژه بنیادی در مورد آنها به کار می­رود به عبارت دیگر یک سلول بنیادی، سلولی است که به دلیل توانایی کسب کلیه اعمال تخصصی قابلیت تبدیل به سلول­های تخصص یافته را دارد. این سلول­ها جهت تمایز نیازمند دریافت سیگنال هستند. قاعدتاً یک سلول بنیادی تا قبل از دریافت یک سیگنال جهت تکامل به سلول تخصصی به صورت غیرتخصصی باقی می­ماند. سلول­های بنیادی در بدن انسان ویژگی تمایز به بسیاری از سلول­ها را دارند. همچنین به عنوان سیستم ترمیم به خدمت گرفته می­شوند زیرا که توانایی تقسیم بدون محدودیت برای جایگزینی دیگر سلول­ها را دارا می­باشند. وقتی یک سلول بنیادی تقسیم می­شود هر سلول جدید بدست آمده این پتانسیل را دارد که سلول بنیادی باقی بماند یا به سلول تخصصی جدید مثل سلول­های خونی و … تمایز یابد (1).

شکل1-1: توانائی خودنوزائی و پتانسیل تمایز در سلولهای بنیادی (www.cellingbiosciences.com)

1-1-2 ویژگی خودنوزایی سلول بنیادی

تکثیر یا خودتجدیدی، توانایی سلول­ها در تولید نسخه­های یکسان از خود، توسط تقسیم میتوز در یک دوره زمانی مشخص است به صورتی که خصوصیات ژنتیکی و کاریوتایپی در سلول­های دختری عینا شبیه سلول­های مادری باقی می­ماند.

خودتجدیدی سلول­ها بنیادی تحت تاثیر سیگنال­های درونی سلول بنیادی که به صورت تقسیم متقارن و نامتقارن است، قرار دارد. علاوه بر این سیگنال­های درونی، خودتجدیدی سلول­های بنیادی تحت تاثیر عوامل محیطی چون آسیب یا صدمه نیز می­باشد و تحت تاثیر این شرایط یک سلول بنیادی ممکن است دو سلول دختری ایجاد کند که یا به صورت سلول­های بنیادی باقی می­مانند یا متمایز می­شوند (2).

1-1-3 دسته­بندی سلول­های بنیادی بر اساس توان تمایزی آن­ها:

سلول های بنیادی بر اساس توان تمایزی به صورت زیر دسته بندی می شوند:

الف) همه توان[4]:واژه Totipotent از دو قسمت Toti= همه، potent= توانایی تشکیل شده است. از جمله این سلول­ها می­توان بلاستومرهای یک جنین دو سلولی را نام برد که قادر است همه سلول­های بدن یک فرد کامل را بسازد. این سلول ها می توانند به انواع سلول های جنینی و برون جنینی تمایز پیدا کنند و اندام های قابل زیستی را ایجاد نمایند.

ب) پر توان[5]:این نوع سلول­ها قادر به ساخت غالب یا همه سلول­های فرد هستند. به عنوان مثال سلول­های بنیادی جنینی تحت شرایط خاص می­توانند یک فرد را بسازند ولی قادر به ایجاد سلول­های جفت نیستند. سلول های بنیادی جنینی و سلول های پر توان القایی جز این دسته از سلول های بنیادی می باشند.

پ)چند توان[6]:سلولهای بنیادی هستند كه به تعداد محدودتری از انواع سلول تمایز پیدا می­ کنند (در بافت­های بزرگسال نظیر مغز، مغز استخوان، كبد و… وجود دارند).

ت) یک توان[7]:توانایی ایجاد یک نوع سلول را دارند ولی توانایی خود نوزایی خود را حفظ کرده­اند. مانند سلول­های بنیادی اسپرماتوگونی که توانایی تولید اسپرم را دارند (شکل 1-2)(3).

شکل 1-2: دسته­بندی سلول­های بنیادی براساس پتانسیل تمایزی آنها (www. njavan.com).

1-1-4 دسته­بندی سلول­های بنیادی بر اساس منشا

سلول­های بنیادی بر اساس منشا به سه دسته اصلی تقسیم­بندی می­شوند

1-1-4-1 سلول­های بنیادی جنینی

کشت موفقیت آمیز آزمایشگاهی سلول­های بنیادی جنینی انسانی (ESCs) [8] در سال 1998 توسط تامپسون و همکارانش انجام گرفت.

1 .4 ارزیابی قبل از درمان.. 6

1 .5 درمان.. 6

1 .6 مکانیسم مولکولی سرطان.. 9

1 .6 .1 مسیر پیام رسانی TGFβ 9

1 .6 .1 .1 خانواده لیگاند های TGFβ.. 11

1 .6 .1 .2 رسپتور نوع 1و2 ( TGFβRI,II) 11

1 .6 .1 .3 فسفریلاسیون SMAD… 12

1 .6 .2 تنظیم پیام رسانی TGFβ. 12

1 .6 .3 دخالت پیام رسانیTGFβ در سرطان.. 13

1 .6 .4 ژنهای همئوباکس(Homeobox) 14

1 .6 .4 .1 ساختار ژن های همئوباکس….. 14

1 .7 نقش ژن های همئوباکس (Homeobox) در ایجاد سرطان.. 17

1 .8 miRNA 18

1 .8 .1 بیوژنز miRNA ها و نحوه مهار ترجمه. 19

1 .9 miRNA و سرطان.. 20

1 .10 miRNA ابزاری برای شناسایی و تشخیص سرطان.. 21

1 .11 miRNA ودرمان سرطان.. 22

1 .12 بیان مسئله و اهمیت پژوهش…. 23

1 .13 اهداف پژوهش…. 24

1 .13 .1 هدف اصلی.. 24

1 .13 .2 اهداف ویژه 24

1 .13 .3 هدف کاربردی.. 25

فصل 2: بررسی متون.. 26

2 .1 بررسی متون مرتبط با موضوع. 27

فصل 3:مواد و روش ها 32

3 .1 مواد شیمیایی و آنزیم ها 33

3 .1 .1 پلاسمیدوسویه باکتری.. 35

3 .1 .1 .1 خصوصیات پلاسمید.. 36

3 .1 .1 .2 خصوصیات میزبان.. 37

3 .2 روش ها 37

3 .2 .1 کشت باکتری.. 37

3 .2 .1 .1 مواد و وسایل مورد نیاز برای کشت باکتری… 37

3 .2 .1 .2 طرز تهیه محیط کشت LB مایع.. 38

3 .2 .1 .3 گلیسرول استاک…. 38

3 .2 .2 روش انجام miniprepاستخراج DNA پلاسمیدی از باکتری.. 39

3 .2 .2 .1 بررسی کمی وکیفی DNA پلاسمیدی… 41

3 .2 .3 هضم آنزیمی پلاسمید های استخراج شده 45

3 .2 .4 کشت سلولی.. 46

3 .2 .4 .1 محیط کشت…. 46

3 .2 .4 .2 سرم جنینی گاوFBS.. 47

3 .2 .4 .3 تهیه محیط انجاد از سلولها 47

3 .2 .4 .4 خصوصیات سلولهای مورد استفاده شده در این پایان نامه. 48

3 .2 .5 تعیین منحنی کشندگی انتی بیوتیک G418. 48

3 .2 .6 منطبق سازی سلولها 48

3 .2 .7 ترانسفکشن سلولهای Y79 با وکتور پلاسمیدی نوترکیب pEGFP-TGIF2LX.. 49

3 .2 .8 انتخاب سلولهای مثبت… 50

3 .2 .9 بررسی بیان ژن TGIF2LX در سلول های ترانسفکت شده در سطح mRNA بوسیله Realtime RT-PCR 51

3 .2 .9 .1 محافظت از RNA… 52

3 .2 .9 .2 استخراج RNA… 55

3 .2 .9 .3 تیمار نمونه RNA باآنزیم دئوکسی ریبونوکلئاز I. 59

3 .2 .9 .4 سنتز DNA مکمل(cDNA) 60

3 .2 .9 .5 PCR(Polymerase chain reaction) واکنش زنجیره ای پلیمراز. 64

3 .2 .9 .6 واکنش Realtime PCR… 68

3 .2 .9 .7 تجزیه و تحلیل داده های حاصل از واکنش Realtime RT-PCR… 77

3 .2 .10 بررسی بیان eGFP-TGIF2LX در سطح پروتئین بوسیله Western blot 78

3 .2 .10 .1 الکتروفورز عمودی SDS-PAGE.. 78

3 .2 .10 .2 رنگ آمیزی SDS-PAGE.. 84

3 .2 .10 .3 وسترن بلاتینگ….. 86

3 .2 .11 بررسی میزان تکثیر سلولی بوسیله تجزیه نمک تترازولیوم. 90

3 .2 .11 .1 بررسی اثر بیان افزایشی TGIF2LX سلولهای Y79 در مقایسه با کنترل.. 90

3 .2 .11 .2 بررسی اثر متقابل SD-208 و بیان افزایشی TGIF2LX سلولهای Y79 در مقایسه با کنترل.. 91

3 .2 .11 .3 پروتکل شمارش سلول.. 92

3 .2 .12 مطالعه بیان اثر داروی SD-208 بر روی بیانTGIF2LX, miRNA Let7g,18a,34a,22,20 در سلولهای ترانسفکت شده Y79 در مقایسه با نمونه های کنترل به وسیله Real time RT-PCR.. 92

فصل 4: نتایج و یافته ها 96

4 .1 Mini prep و هضم DNA پلاسمیدی جهت تایید وکتور نوترکیب… 97

4 .2 بررسی بیانTGIF2LX در سطح mRNA… 98

4 .2 .1 نتیجه بررسی کیفی و کمی RNA.. 98

4 .2 .2 بررسی کیفی cDNA.. 99

4 .3 بررسی بیان TGIF2LX در سلولهای ترانسفکت شده 101

4 .3 .1 مطالعه بیان TGIF2LX در سلولهای ترانسفکت شده Y79 در مقایسه با نمونه های کنترل بوسیله میکروسکوپ 101

4 .3 .2 تایید بیان واضح ژن GFP-TGIF2LX توسط Realtime RT- PCR.. 102

4 .3 .3 مطالعه بیان ژن TGIF2LX در سلول های ترانسفکت شده با وکتور حاوی GFP-TGIF2LX در سطح پروتئین بوسیله Western Blot 104

4 .3 .4 مطالعه بیان اثر داروی SD-208 بر روی بیانTGIF2LX در سلولهای ترانسفکت شده Y79 در مقایسه با نمونه های کنترل 105

4 .4 بررسی اثر بیان افزایشی TGIF2LX بر روی سلولهای Y79. 105

4 .4 .1 نتایج ازمایش (MTT)Microculturetetrazolium Test 105

4 .4 .2 بررسی اثر متقابل SD-208 و بیان افزایشی TGIF2LX بر روی سلولهای Y79 در مقایسه با کنترل.. 106

4 .5 بررسی بیان miRNA Let7g,18a,34a.22,20a در سلولهای ترانسفکت شده و کنترل.. 108

4 .6 مطالعه بیان اثر داروی SD-208 بر روی بیان miRNA Let7g,18a,34a.22,20 در سلولهای ترانسفکت شده Y79 در مقایسه با نمونه های کنترل.. 109

4 .7 Ct در واکنش Realtime PCR.. 110

فصل 5: بحث، نتیجه گیری و پیشنهادها 113

5 .1 بحث 114

5 .2 تاثیر بیان افزایشی TGIF2lX بر روی Cellular Viability در رده سلولی Y79. 116

5 .3 تاثیر دارویSD-208 بر روی Cellular Viability در رده سلولی Y79 بیان کننده افزایشی TGIF2LX و کنترل 117

5 .4 اثر SD-208 بر روی بیان TGIF2LX در رده سلولی Y79 ترانسفکت شده در مقایسه با کنترل 118

5 .5 اثر متقابل SD-208 و TGIF2LX بر روی بیانmiRNA های مورد مطالعه. 118

5 .5 .1 اثر متقابل SD-208 و TGIF2LX بر روی بیان miRNAlet7g در رده سلولی Y79. 118

5 .5 .2 اثر متقابل SD-208 و TGIF2LX بر روی بیان miRNA18a در رده سلولی Y79. 119

5 .5 .3 اثر متقابل SD-208 و TGIF2LX بر روی بیان miRNA34a در رده سلولی Y79. 119

5 .5 .4 اثر متقابل SD-208 و TGIF2LX بر روی بیان miRNA22 در رده سلولی.. 119

5 .5 .5 اثر متقابل SD-208 و TGIF2LX بر روی بیان miRNA20a در رده سلولی Y79. 120

5 .6 نتیجه گیری.. 120

7.5 پیشنهاد ها ……………………….121

منابع و مراجع.. 122

پیوست ها 131

1 .1 رتینوبلاستوما

رتینوبلاستوما یکی از سرطان های بدخیم چشمی شایع کودکی می­باشد که به دو فرم پراکنده (تک گیر) و ارثی(خانوادگی) وجود دارد [1]. تقریبا 4 درصد تومورهای کودکان را رتینو بلاستوما تشکیل می­دهد .این تومور شایعترین بدخیمی اولیه چشمی است که در غرب 99درصد کودکان از این سرطان نجات پیدا می­کنند ولی بیش از 90 درصدآنها بینایی خود را از دست می­دهند و متاسفانه در کشورهای در حال توسعه بقا کودک تقریبا 50 درصد می­باشد[2] و [3].

اغلب کودکان مبتلا به رتینوبلاستوما با علامت لوکوکوریا[1] (شکل ‏1‑1) که والدین آنها متوجه م­شوند مراجعه می­کنند[4].

1 .1 .1 اپیدمیولوژی

رتینوبلاستوما تقریبا با شیوع 1 در 15000و 1 در 16600تولد زنده در امریکا و اروپای شمالی رخ میدهد [5] و [6] ودر بین سالهای 2005-2009شیوع سالیانه رتینوبلاستوما در امریکا 4.1 در هرمیلیون کودک زیر 15 سال می­باشد[5] ودر کل دنیا سالیانه 5000تا 8000 کودک مبتلا به رتینوبلاستوما می­شوند [7] به طور متوسط سنتشخیص بیماریزیر 2 سال است و تقریبا 95درصد قبل از 5 سالگی می­باشد.شیوع بیماری در بین دختر وپسر و سیاه و سفید شبیه به هم می­باشد[5].

تقریبا 1/4 موارد رتینوبلاستوما دو طرفه می­باشد بیماریهای دوطرفه همیشه الگوی ارثی دارند. تومور های دو طرفه زودتر در کودکان رخ می­دهد که نشان دهنده وجود موتاسیون در سلولهای زایا می­باشد. فرم ارثی رتینوبلاستوما نیازمند یک جهش ژرم لاین است که می­تواند از هر یک از والدین یا از محیط( که منجر به یک موتاسیون ژرم لاین شود) می­باشد. بر عکس فقط 15 درصد از موارد یکطرفه ارثی هستند که اغلب چند کانونی هستند و باید از نظر جهش ژرم لاین بررسی شوند که معمولا در 2سال اول زندگی رخ می­دهد کم تر از 10 درصد بیماران رتینوبلاستومایی تاریخچه مثبت خانوادگی دارند.

تقریبا 60 درصد کودکان با رتینوبلاستوما الگوی یک طرفه غیر ارثی دارند.کودکان با رتینوبلاستوما غیرارثی یک موتاسیون جدید در یک سلول شبکیه دارند که منجر به تومور می­شوند [8] . ناهنجاری ژنتیک در فرم ارثی رتینوبلاستوما موجب ایجاد و پیشرفت تومور مثل استئوژنیک سارکوما وسارکومای بافت نرم(بخصوص لیومیوسارکوما)و ملانومای بدخیم میشود شیوع سرطان ثانویه بعد از تشخیص رتینوبلاستوما در فرم ارثی و غیرارثی به ترتیب 51 و 5 درصد میباشد که بیش از 60 درصد سرطان ها سارکوما می­باشد [9].

1 .1 .2 پاتوژنز

رتینوبلاستوما معمولا بوسیله غیر فعال شدن هر دو الل ژن رتینوبلاستوما رخ می­دهد.با الگوی اتوزومی غالب این ژن در ناحیه کروموزم 13 بازوی بلند در ناحیه 14قرار دارد که کد کننده یک پروتئین هسته ای با نقش تومورساپرسوری می­باشد [10].

مدل 2 ضربه ای که پیشنهاد شده است دلیل متفاوت بودن ویژگی های کلینیکی موارد ارثی و غیر ارثی رتینوبلاستوما را مطرح میکند[11]. (شکل ‏1‑2)

شکل ‏1‑2: مدل 2 ضربه ای رتینوبلاستوما

در مدل ارثی در ژن RB1 یک موتاسیون در کل سلول ها وجود دارد و ضربه دوم در مراحل بعدی تکامل رخ می­دهد که این افراد مستعد رتینوبلاستومای دوطرفه و چندکانونی می­باشند.ضربه دوم می­تواند رخ دهد ویا توسط تغییرات اپی­ژنتیک خاموش شود.

در مدل رتینوبلاستومای غیر ارثی دو جهش در یک الل به صورت خودبه خودی در یک سلول سوماتیک شبکیه رخ میدهد که معمولا منجر به مدل کلینیکی تومور یه کانونی ویه طرفه رتینوبلاستوما می­شود [12].

رتینوبلاستوما اگر درمان نشود رشد میکند و جای چشم را اشغال می­کند وکره چشم را از بین میبرد و ممکن است طی 4 ماه بعد از تشخیص به مغز متاستاز بدهد و مرگ طی یک سال رخ بدهد.اغلب راههای متاستاز تومور به وسیله اپتیک نرو[3] به سیستم عصب مرکزی و یا گسترش از طریق مشیمیه به اربیت میباشد [13].

1 .1 .3 ویژگی های کلینیکی وتشخیصی

لوکوکوریا شایعترین علامت در کودکان رتینوبلاستومایی میباشد اگر چه علایم دیگر نیز وجود دارد و لوکوکوریا برای تشخیص ضروری نیست. شایعترین علایم لوکوکوریا (54درصد) و استرابیسم (19درصد) کاهش دید (4درصد) عفونت چشمی (5درصد) و تاریخچه خانوادگی مثبت (5درصد) میباشد و موارد دیگر عنبیه هتروکروم وخونریزی ویتره و هایفما بدون ضربه و گلوکوم و سلولیت اربیت و پروپتوزیس و درد چشم و تب می­باشد [14].

1-7- راه­های پرتوگیری………………………………………………….. 21

1-7-1- دز ناشی از استنشاق………………………………………… 24

1-7-2- دز ناشی از بلع………………………………………………. 25

1-7-3- مسیرهای پرتوگیری خارجی…………………………………. 27

1-7-3-1- پرتوگیری خارجی از توده پرتوزا…………………………… 27

1-7-3-2- پرتوگیری خارجی از پرتوزایی ته­نشست شده……………… 28

1-8- ضرورت حفاظت در برابر تابش………………………………….. 31

1-8-1- استانداردهای حفاظت در برابر اشعه…………………………. 32

1-8-2- کمیسیون بین­المللی حفاظت پرتوشناختی (ICRP)………… 33

1-8-3- سازمان بین­المللی انرژی اتمی……………………………….. 34

1-8-4- شورای ملی اندازه­گیری­ها و حفاظت در برابر تابش…………… 34

1-8-5- معیارهای اصلی ایمنی تابش…………………………………. 34

فصل دوم……………………………………………………………………… 36

مروری بر تحقیقات انجام شده……………………………………………….. 37

فصل سوم……………………………………………………………………… 41

تئوری انواع مدل­های پخش………………………………………………….. 42

3-1- تعریف پایداری…………………………………………………….. 43

3-2- روش­های اندازه­گیری آشفتگی…………………………………….. 44

3-2-1- اندازه­گیری اویلرین………………………………………….. 44

3-2-2- اندازه­گیری لاگرانژین ……………………………………….. 45

3-2-3- نسبت زمان لاگرانژین به اویلرین (β)………………………… 45

3-3- مدل­های پراکندگی مواد…………………………………………… 47

3-3-1- مدل ستونی گوسی برای چشمه­های پیوسته………………… 47

3-3-1-1- شکل مدل گوسی……………………………………… 48

3-3-1-2- محاسبه مقدار پارامترهای پراکندگی_y? و_z?……………. 49

3-3-1-2-1- روش پاسکال…………………………………………… 49

3-3-1-2-2- روش گرادیان دمای عمودی……………………………. 49

3-3-1-2-3-روش عدد ریچاردسون………………………………….. 49

3-3-1-3-تغییر سرعت باد با ارتفاع………………………………….. 50

3-3-2- مدل آماری پخش برای چشمه­های نقطه­ای پیوسته………….. 50

3-3-2-1- محاسبه ضریب همبستگی در لایه­های مرزی……………… 51

3-3-3- مدل­های مسیر ذرات مونت کارلو برای پخش……………… 54

3-3-4-پخش پف…………………………………………………….. 55

3-3-4-1- محاسبه پارامتر پف……………………………………….. 57

3-3-4-1-1-رویکرد آماری…………………………………………… 57

3-3-4-1-2-رویکرد همانندی………………………………………… 58

3-3-4-2-کاربردها……………………………………………………. 60

3-3-5- مدل­های همانندی پخش…………………………………….. 61

3-3-6-مدل­های پخش نواحی شهری…………………………………. 62

فصل چهارم…………………………………………………………………… 63

توصیفی از مدل نرم­افزاری HYSPLIT…………………………………….. 64

4-1- ویژگی­های مدل HYSPLIT…………………………………….. 65

4-2- فایل­های ورودیهواشناسی………………………………………… 66

4-3- محاسبه ناهمواری­ها توسط HYSPLIT………………………….. 67

4-4- سایر پارامترهای ورودی مورد استفاده در مدل HYSPLIT……….. 69

4-4-1- ته­نشست خشک…………………………………………….. 69

4-4-2- ته­نشست مرطوب……………………………………………. 70

4-4-3- ثابت قانون هنری……………………………………………. 71

4-4-4- باز تعلیق ذرات ته­نشست شده……………………………….. 71

4-4-5- چگالی، شکل و قطر ذرات…………………………………… 71

4-5- روش محاسبه غلظت هوا در HYSPLIT………………………… 72

4-6- ساختن ورودی برای مدل HYSPLIT…………………………… 74

4-6-1- ورودی گرافیکی……………………………………………… 74

4-6-2- ورودی متنی…………………………………………………. 79

فصل پنجم…………………………………………………………………….. 81

مراحل انجام کار……………………………………………………………… 82

5-1- تفاوت­های کلی بین دو سناریوی عادی و حادثه……………………. 83

5-2- محاسبه ارتفاع موثر دودکش (بر اساس مومنتوم)…………………… 83

5-2-1-تاثیر ارتفاع موثر دودکش در توزیع غلظت…………………….. 85

5-3- بازه زمانی انجام محاسبات………………………………………….. 85

5-4- انتخاب زمان­های (روزهای) اجرای برنامه……………………………. 86

5-5- محاسبه دز معادل موثر کل سالانه…………………………………. 87

5-6- مشخصات سایت­های هسته­ای مورد بررسی………………………… 88

5-7- شبیه­سازی و محاسبات در عملکرد عادی راکتور……………………. 88

5-7-1- چشمه تابشی……………………………………………….. 89

5-7-2- ارتفاع موثر در عملکرد عادی راکتور………………………….. 89

5-7-3- انتخاب بدترین روز از نظر فیزیک بهداشت…………………… 90

5-7-4- محاسبه دز دریافتی افراد در حالت عملکرد عادی راکتور…….. 91

5-8- شبیه­سازی و محاسبات پس از وقوع حادثه………………………… 92

5-8-1- سناریوی حادثه……………………………………………… 92

5-8-2- چشمه تابشی……………………………………………….. 94

5-8-3- ارتفاع موثر…………………………………………………… 98

فصل ششم……………………………………………………………………. 99

نتایج و بحث……………………………………………………………….. 100

6-1- نتایج شبیه­سازی­ها در عملکرد عادی راکتور…………………… 100

6-1-1- نتایج مربوط به شبیه­سازی در تاریخ 9/1/2007……………. 102

6-1-2- نتایج مربوط به شبیه­سازی در تاریخ 15/5/2009………….. 103

6-1-3- نتایج مربوط به شبیه­سازی در تاریخ 19/7/2008………….. 104

6-1-4- نتایج مربوط به شبیه­سازی در تاریخ 5/11/2010………….. 105

6-2- نتایج فاز اول شبیه­سازی­ها در سناریوی وقوع حادثه…………… 106

6-3- نتایج فاز دوم شبیه­سازی­ها در سناریوی وقوع حادثه………….. 107

6-3-1- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 8/1/2006 (ژانویه) 108

6-3-2- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 9/2/2006 (فوریه) 110

6-3-3- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 5/3/2012 (مارس) 111

6-3-4- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 18/4/2012 (آوریل) 114

6-3-5- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 23/5/2006 (می) 116

6-3-6- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 15/6/2009 (ژوئن) 118

6-3-7- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 25/7/2012 (جولای) 120

6-3-8- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 25/8/2010 (آگوست) 122

6-3-9- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس ازوقوع حادثه در 22/9/2011 (سپتامبر) 124

6-3-10- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 13/10/2006 (اکتبر) 126

6-3-11- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 10/11/2009 (نوامبر) 128

6-3-12- نتایج مربوط به شبیه­سازی پس از وقوع حادثه در 26/12/2009 (دسامبر) 130

6-4- نتیجه­گیری و پیشنهادات…………………………………………. 132

مراجع……………………………………………………………………… 134

پیوست الف: نرم­افزارهای مختلف برای تخمین غلظت آلاینده­های جوی…. 137

مقدمه

مواد پرتوزای طبیعی از بدو تشکیل کره زمین در آن وجود داشته است. ولی با توسعه فن­آوری و بهره­برداری انسان از آن، منابع پرتوزای ساخت دست بشر، در محیط زیست رو به افزایش گذاشته و مواد پرتوزای مصنوعی که در نتیجه­ی فعالیت­های بشری در رشته­های گوناگون هسته ای می باشد، به محیط زیست وارد شده، و به نحوی جزء آلاینده های غذایی، آشامیدنی و هوای تنفس موجودات زنده و به ویژه انسان محسوب می­گردند.

به منظور حفاظت رادیولوژیکی محیط زیست و به تبع آن حفاظت رادیولوژیکی موجودات زنده به ویژه انسان، شناسایی توام اکوسیستم (مناطق خاص زندگی که در آن گیاهان و جانواران محیط اطراف خود را تقسیم می­کنند) و منابع پرتوزا و نحوه عملکرد، جابجایی، توزیع و رفتار هسته های پرتوزا در اجزای اکوسیستم، ضروری است.

به طور کلی هدف از حفاظت رادیولوژیکی، پایش انسان و محیط زیست در برابر عملکرد مواد پرتوزای طبیعی و مصنوعی موجود در محیط می­باشد و منظور از تحقیقات در این زمینه، پیش­بینی مسیرهای راه­یابی مواد پرتوزا به محیط زیست و تخمین میزان دز دریافتی توسط مردم در مناطق مختلف است تا بتوان میزان خطر ناشی از پرتوگیری­های داخلی و خارجی را تعیین کرد.

بنابراین مطالعات و بررسی مداوم، جهت تعیین عملکرد مواد پرتوزا در محیط زیست مورد نیاز می باشد، تا نتیجه مطلوب و اطلاعات مورد نظر حاصل شود. بدین ترتیب حفاظت رادیولوژیکی محیط زیست به عنوان یک ضرورت اجتناب­ناپذیر جهت تنظیم اکوسیستم و جلوگیری از پرتوگیری ناخواسته مطرح می باشد.

یکی از این منابع پرتوزایی ساخت بشر، راکتورهای هسته­ای هستند که در خلال کار عادی، کسر کوچکی از مواد پرتوزا را از طریق هوا به محیط زیست وارد می­کنند.

انرژی هسته ای در سال های اخیر به دلایل زیر تبدیل به یک منبع مهم انرژی شده است:

• تقاضای رو به رشد برای توان الکتریکی

• افزایش رقابت جهانی برای سوخت های فسیلی

• نگرانی درباره تابش گازهای گلخانه ای و تاثیر آن روی گرمایش زمین

• نیاز برای استقلال انرژی

بنابراین در عصر حاضر انرژی هسته ای لازمه پیشرفت و خودکفایی هر کشوری است و در این بین ایران نیز از این قائده مستثنی نیست. از این­رو، گسترش علوم و فنون هسته ای و بومی­سازی این فناوری، از اولویت های نظام جمهوری اسلامی می باشد. با توجه به نیاز کشور به تولید رادیوایزوتوپ ها و رادیوداروها جهتدرمان بیمارانو همچنین تولید برق، ساخت راکتورهای تحقیقاتی و نیروگاه های هسته ای در کنار راکتورهای موجود، ضروری به نظر می رسد. بدین منظور و در راستای سندهای چشم انداز توسعه کشور، ساخت راکتورهای هسته ای تا توان2000 مگا وات در دستور کار قرار گرفته است.

اگرچه یک نیروگاه هسته ای، یک منبع خوب انرژی است و عمدتا تهدیدی برای محیط زیست به شمار نمی آید، ولی چنان­چه حادثه ای مهم برای راکتور رخ دهد، می­تواند منجر به یک فاجعه بشری شود. بنابراین خطر آزادسازی تصادفی مواد رادیواکتیو به محیط زیست می­تواند پیامد مهم استفاده از نیروگاه های هسته ای باشد.

موارد متعددی از حوادث راکتورهای هسته ای وجود دارد، مانند:

• چاک ریور[1] در کانادا (1952)

• آیداهو فالا[2] در آمریکا (1957)

• تری مایل آیلند[3] در آمریکا (1979)

• چرنوبیل در اوکراین (1986)

1 – 3 تاریخچه ی مطالعات پیشین… 15

1 – 3 – 1 مطالعات پیشین منطقه مورد مطالعه. 15

1 – 3 – 2 مطالعات مشابه در سایر نقاط ایران.. 16

1 – 3 – 3 مطالعات مشابه در سایر کشورها 17

فصل دوم: زمین شناسی منطقه. 20

2 – 1 موقعیت جغرافیایی منطقه. 21

2 – 2 کلیات زمین شناسی… 22

2 – 2 – 1 ماگماتیسم.. 24

2 – 2 – 2 تکتونیک…. 25

2 – 2 – 2 – 1 گسل های مهم منطقه. 26

2 – 2– 3چینه شناسیمنطقه. 27

2 – 2 – 3 – 1 واحدهای تریاس بالایی – ژوراسیک…. 27

2 – 2 – 3 – 2 واحدهای کرتاسه ی زیرین.. 27

2 – 3 کانه زایی در منطقه. 30

فصل سوم: مواد و روش ها 33

3 – 1 مقدمه. 34

3 – 2 مطالعات تکمیلی… 34

3 – 2- 1 نمونه برداری.. 34

3 – 2- 1 – 1 نمونه برداری خاک… 34

3 – 2- 1 – 2 نمونه برداری آب… 37

3 – 2 – 2 مطالعات آزمایشگاهی.. 38

3 – 2 – 2 – 1 مطالعات آزمایشگاهی نمونه های خاک… 38

3 – 2 – 2 – 1 – 1 تعیین بافت خاک… 38

خاک… 39

خاک… 39

3 – 2 – 2 – 1 – 4 تعیین مواد آلی خاک… 39

3 – 2 – 2 – 1 – 5 تعیین کربنات کلسیم معادل.. 40

3 – 2 – 2 – 1 – 6 تعیین اکسیدهای آزاد آهن، آلومینیوم و منگنز. 41

3 – 2 – 2 – 1 – 7 استخراج ترتیبی.. 42

3 – 2 – 2 – 1 – 8 هضم خاک و تعیین فلزات سنگین.. 44

3 – 2 – 2 – 2 مطالعات آزمایشگاهی آب… 44

3 – 3 – 3 آنالیز نتایج و پردازش داده ها 45

فصل چهارم: نتایج و بحث خاک… 46

4 – 1 بررسی نتایج حاصل از تجزیه و اندازه گیری نمونه های خاک…. 47

4 – 1 – 1 مقدمه. 47

4 – 1 – 2 نتایج آنالیز عنصری (AAS) نمونه های خاک… 47

4 – 1 – 2 – 1 نسبت تمرکز عناصر در خاک… 49

4 – 1 – 3 نتایج آنالیز استخراج ترتیبی.. 51

4 – 1 – 4 تعیینخصوصیات خاکها 54

4 – 1 – 4 – 1 تعیین بافت… 54

4 – 1 – 4 – 2 EC و pHخاک… 57

4 – 1 – 4 – 3 کربنات معادل و ماده آلی.. 57

4 – 1 – 4 – 4 اکسیدهای آزاد آهن، آلومینیوم و منگنز. 59

4 – 2 بررسی آلودگی خاک منطقه. 61

4 – 2 – 1 مقدمه. 61

4 – 2 – 2 بررسی مقادیر عناصر سرب، روی و کادمیوم در نمونه ها 62

4 – 2 – 2 – 1 عنصر سرب (Pb) 62

4 – 2 – 2 – 2 عنصر روی (Zn) 62

4 – 2 – 2 – 3 عنصر کادمیوم. 63

4 – 2 – 3 محاسبه ی شاخص ها 63

4 – 2 – 3– 1 شاخص زمین انباشت (Igeo) 63

4 – 2 – 3– 2 فاکتور غنی شدگی (EF) 66

4 – 2 – 3– 2- 1 غنی شدگی سرب… 68

4 – 2 – 3– 2- 2 غنی شدگی روی.. 68

4 – 2 – 3 – 3 شاخص آلودگی مجموع فلزات (MCI) 69

4 – 2 – 3– 4 فاکتور آلودگی.. 71

4 – 2 – 3 – 5 شاخص تجمعی آلودگی (MCd): 74

4 – 2 – 3 – 6 تعیین گونه ی عناصر بر اساس استخراج ترتیبی انتخابی.. 74

4 – 2 – 3 – 6 – 1 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی سرب… 75

4 – 2 – 3 – 6 – 2 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی روی: 77

4 – 2 – 3 – 6 – 3 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی کادمیوم. 78

4 – 2 – 1 – 6 – 4 تحرک کادمیوم، سرب و روی در خاک های منطقه. 79

4- 2 – 3 – 7 ماتریس همبستگی پارامترهای خاک… 80

فصل پنجم: نتایج و بحث آب… 81

5 – 1 بررسی نتایج حاصل از تجزیه و اندازه گیری نمونه های آب… 82

5 – 1 – 1 مقدمه. 82

5 – 1 – 2 بررسی پارامترهای صحرایی pH، EC، TDS و دما در منابع آب منطقه. 82

5 – 1 – 2 – 1 هدایت الکتریکی (EC) 83

5 – 1 – 2 – 2 اسیدیته (pH) 84

5 – 1 – 2 – 3 دما 84

) 84

5 – 1 – 3 اندازه گیری آنیون ها و کاتیون های اصلی آب… 85

5 – 1 – 3 – 1 درصد خطا یا درصد واکنش…. 85

5 – 1 – 3 – 2 آنیون های اصلی منطقه. 86

5 – 1 – 3 – 3 کاتیون های اصلی منطقه. 88

5 – 1 – 4 اندازه گیری فلزات سنگین در منابع آب منطقه. 89

5 – 2 تعیین کیفیت آب های منطقه. 91

5 – 2 – 1 تعیین کیفیت آب از نظر مصارف آشامیدنی و تیپ آب های منطقه. 91

5 – 2 – 1 – 1 نمودار شولر و کیفیتآب آشامیدنی.. 91

5 – 2 – 1 – 2 نمودار پایپر و تعیین تیپ آب های منطقه. 92

5 – 2 – 2 تعیین کیفیت آب از نظر مصارف کشاورزی.. 93

5 – 2 – 2 – 1 نسبت جذب سدیم (SAR): 93

5 – 2 – 2 – 2 درصد سدیم ((Na%… 95

5 – 2 – 2 – 3 سدیم کربنات باقی مانده (RSC) 97

5 – 2 – 2 – 4 درصد سدیم محلول (SSP) 97

5 – 2 – 2 – 5 نسبت منیزیم (MR) 98

5 – 2 – 2 – 6 بی کربنات سدیم باقی مانده (RSBC) 99

5 – 2 – 2 – 7 سختی کل (TH) 100

5 – 2 – 2 – 8 شاخص نفوذ پذیری (PI): 101

5 – 2 – 2 – 9 شاخص کلروآلکالین (CAI) 102

5 – 2 – 2 – 10 شاخص Kelley. 103

5 – 2 – 3 آلودگی فلزی در آب های منطقه. 103

5 – 2 – 3 – 1 شاخص فلزی (MI) 104

5 – 2 – 3 – 2 شاخص آلودگی فلزات سنگین (HPI) 105

5 – 2 – 4 ماتریس همبستگی پارامترهای اندازه گیری شده 106

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات… 108

آلودگی خاک منطقه. 109

آلودگی آب منطقه. 111

پیشنهادات… 112

منابع و مآخذ.. 113

1 مقدمه

یکی از نتایج توسعه شهرنشینی و صنعتی شدن، پیامدهای منفی آن بر منابع طبیعی است (Dimitrovskaet al., 2012). امروزه فلزات سنگین از نگرانی های عمده ی تمامی جوامع می باشند (Kalhoriet al., 2012).آلودگی محیط زیستبوسیله ی فلزات سنگین بطور عمده به فعالیت های انسانی، تولیدات صنعتی، فعالیت های کشاورزی، سوزاندن سوخت های فسیلی، معدن کاری و فرآوری فلزات بستگی دارد (Pagananelliet al., 2004). نواحی اطراف معادن با غلظت های بالایی از فلزات سنگین غنی شده است، و می تواند اثرات سمی بر روی گیاهان، حیوانات و انسان ها بگذارد (Shikazonoet al., 2008). فلزات سنگین بدلیل غیرقابل تجزیه بودن و اثرات فیزیولوژیکی مخرب بر روی موجودات و اکوسیستم ها حتی در غلظت های کم به عنوان عوامل خطرناک و مخرب برای محیط زیست به شمار آمده و اثرات کوتاه مدت و بلند مدتی را بر آن خواهند داشت. در این میان، کادمیوم و جیوه در رده ی اول و مس، کروم، نیکل، سرب و روی در رده ی دوم خطرزایی برای اکوسیستم می باشند (چراغی و بلمکی، 1386). خاک های کشاورزی به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر سلامت عمومی تأثیرگذار می باشند. در این خاک ها آلودگی فلزات سنگین ممکن است سبب دخالت در رشد گیاه و نیز آسیب به سلامت انسان ها از طریق ورود به زنجیره غذایی شود (شهبازی و دیگران، 1391).

همچنین آلودگی فلزات سنگین می تواند اثرات مضری بر روی منابع آب شیرین مانند سدها، دریاچه ها، رودخانه ها و آبخوان های زیرزمینی داشته باشد (Donget al., 2009). امروزه در اکثر نواحی از آب های زیر زمینی برای مصارف گوناگون و بخصوص کشاورزی استفاده می شود (Ashrafet al., 2011). بنابراین در صورت آلودگی، این آب ها می توانند مشکلاتی را برای موجودات استفاده کننده از این آب ها به طور مستقیم یا غیرمستقیم ایجاد کنند. از این رو پایش آب و خاک در مناطق معدنی امری ضروری و مهم است.

از آن جا که زمین­های کشاورزی دشت لنجان در اطراف معدن سرب و روی ایرانکوه واقع شده اند لذا، بررسی منابع آب و خاک این منطقه جهت ارزیابی آلودگی آن ها و بررسی رفتار ژئوشیمیایی فلزات سنگین ضروری است. این پژوهش به منظور نیل به این اهداف انجام شده است.

1 – 1 – 1 فلزات سنگین

به عناصر سمت چپ جدول تناوبی که معمولأ در محلول، تشکیل کاتیون می دهند فلز گفته می شود.فلزات سنگین فلزهایی با عدد اتمی 20 و بزرگتر از آن هستند. عناصر واسطه ی آرسنیک (As) و سلنیوم (Se) و نیز سرب (Pb)، جیوه (Hg) و کادمیوم (Cd) بیش ترین توجه زیست محیطی را به خود معطوف نموده اند (نلسون ایبای، 1390).

منشأ فلزات سنگین و خصوصیات فیزیکو شیمیایی خاک ها تعیین کننده ی اشکال شیمیایی آن ها در محیط می باشند (نلسون ایبای، 1390).

1-2-3- اهمیت اندازه گیری مس…………………………. 6
1-3- روش های جداسازی فلزات سنگین…………………….. 7
1-4- جذب سطحی…………………………………….. 7
1-4-2- عوامل موثر بر سرعت جذب سطحی………………….. 8
1-4-3-ترمودینامیك جذب سطحی…………………………. 9
1-4-4- جذب سطحی و ایزوترم های جذب…………………… 10
1-5- ایزوترم جذب در سیستم تك جزئی………………….. 11
1-5-1- ایزوترم لانگمویر……………………………. 11
1-5-2- ایزوترم فرندلیچ……………………………. 12
1-6- سینتیك جذب………………………………….. 12
1-7- سیستم های جذب سطحی……………………………. 14
1-7-1- سیستم غیر پیوسته…………………………… 14
1-7-2- سیستم بستر ثابت……………………………. 15
1-7-3- بستر ضربه زده……………………………… 16
1-7-4- بستر متحرك پایا……………………………. 16
1-7-5- بستر سیال شده……………………………… 17
1-8- جاذب ها……………………………………… 19
1-8-1- جاذب های معدنی…………………………….. 20
1-8-2- جاذب های آلی………………………………. 20
1-8-3- بیوجاذب ها………………………………… 20
1-8-4- ویژگی های كلی جاذب ها………………………. 22
1-9- دسته بندی نانو مواد………………………….. 22
1-9-1- نانوذرات………………………………….. 23
1-9-2- كاربردهای نانو ذرات………………………… 23
1-9-3- خصوصیات ویژه نانوذرات………………………. 24
1-10- معرفی گرافن………………………………… 25
1-11- كاربردهای گرافن…………………………….. 27
1-11-1- ساخت ترانزیستورهای كوچك با استفاده از گرافن….. 28
1-11-2- ذخیره انرژی………………………………. 29
1-11-3- ساخت تجهیزات نوری، سلول های خورشیدی و نمایشگرهای لمسی انعطاف پذیر….. 29

1-11-4- استفاده از گرافن برای كاهش زمان شارژ باطری ها… 29
1-11-5- فیزیك ذرات پرانرژی………………………… 30
1-12- كلیاتی در موردكربن فعال……………………… 30
1-12-1- مواد اولیه تهیه كربن فعال………………….. 32
1-12-2- ساخت كربن فعال از ضایعات كشاورزی……………. 34
1-12-3- مراحل ساخت كربن فعال………………………. 34
1-12-4- فعال سازی كربن……………………………. 35
1-13- مروری بر كارهای انجام شده……………………. 36
1-14- معرفی درخت كنار…………………………….. 38
فصل دوم :بخش تجربی
2-1- مواد شیمیایی مورد نیاز……………………….. 40
2-2- دستگاه های مورد استفاده………………………. 40
2-3- تهیه جاذب زغال فعال برگ درخت كنار……………… 40
2-4- محلول سازی………………………………….. 41
2-4-1- تهیه محلول های سرب، مس و روی………………… 41
2-5- روش کلی آزمایش ها……………………………. 42
2-6-بهینه کردن پارامترها………………………….. 43
2-7-آزمایش های بررسی اثر مقدارجاذب برمیزان جذب………. 43
2-8-آزمایش های بررسی اثر pHبرمیزان سرب ومس و روی توسط جاذب برگ برگ درخت کنار اصلاح شده وجاذب نانوگرافن…. 43
2-9- آزمایش های بررسی اثر دما بر جذب سطحی فلزات سنگین (سرب، مس و روی) برروی دو جاذب برگ درخت کنار اصلاح شده و جاذب نانوگرافن………..44
2-10- آزمایش های بررسی اثر زمان بر جذب سطحی فلزات سنگین (سرب، مس و روی…….44
2-11-آزمایش های بررسی اثر غلظت اولیه محلول فلز سنگین (سرب، مس و روی) بر روی جذب سطحی… 45
2-12- انجام آزمایش های تعادلی……………………… 45
فصل سوم:نتایج و بحث
3-1- بررسی اثر مقدار جاذب…………………………. 48
3-2- برسی اثرpH………………………………….. 51
3-3- بررسی اثردما بر جذب سطحی……………………… 54
3-4- بررسی اثر زمان تماس بین جاذب و جذب شونده……….. 57
3-5-بررسی مدل های سینتیک جذب………………………. 60
3-6- بررسی اثر غلظت اولیه بر جذب سطحی………………. 65
3-7- بررسی نحوه پیروی نتایج بامدل های ایزوترم جذب سطخی.. 66
3-8- بررسی ترمودینامیک جذب………………………… 70
3-9- مقایسه عملکرد جاذب زغال فعال برگ درخت کنار با جاذب زغال فعال برگ درخت کنار اصلاح شده با نانوگرافن… 72
منابع فارسی……………………………………… 73
منابع غیرفارسی…………………………………… 74
چکیده لاتین………………………………………. 76
چکیده:
هدف از انجام این پژوهش، حذف فلزات سنگین سرب، مس و روی از محلول های آبی با استفاده از ذغال فعال تولید شده از برگ درخت كنارو برگ درخت کنار اصلاح شده با گرافن میباشد.
در این مطالعه تاثیرpH ، زمان تماس ، دوز جاذب و دما بر روی میزان جذب این فلزات بر روی سطوح جاذب برگ درخت کنار و برگ درخت کنار به همراه 01/0 گرافن بررسی شده اند. ایزو- ترم های جذب سطحی لانگمویر و فرندلیچ نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. توابع ترمودینامیکی مربوط به جذب نیز تعیین شده اند . معادلات سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم و همچنین نفوذ درون ذره ای نیز برای جذب سطحی مورد نظر بررسی شده اند.
فصل اول: مقدمه و تئوری
1-1- مقدمه
جریان پساب های خروجی از صنایع مختلف عمدتاً حاوی مقادیر متفاوتی فلزات سنگین می باشد علاوه براین آب های زیر زمینی نیز با توجه به محل استخراج، حاوی مقداری از این فلزات می باشند.پساب خروجیاز صنایع پتروشیمی و پالایشگاه های نفت و گاز، صنایع ریخته گری، صنایع تولید شیشه و…. حاوی مقادیر قابل توجهی فلزات سنگین از جمله سرب، مس، جیوه، روی و كادمیم می باشد. اكثر این فلزات سمی می باشند. تخلیه این پساب ها در محیط باعث ایجاد مشكلات زیست محیطی می شود. این فلزات وارد زنجیره غذایی انسان شده و در بافت زنده تجمع میکنند. ارتباط انسان با فلزات سنگین در ده های اخیر و با ورود تکنولوژی و توسعه صنایع شیمیایی رو به افزایش بوده است[1].
استفاده از فلزات در فرایند های صنعتی و محصولات تولیدی امروز نمودهایی از آن هستند: از جمله جیوه در پر كردن دندان استفاده می شود، سرب در بنزین خودروها وجود دارد كه هر روزه با افزایش تعداد خودروها مقدار این فلز سنگین در محیط زیست خصوصاً شهرهای بزرگ رو به افزایش است. همچنین سرب در رنگ ها، مواد آرایشی، شامپوها و دیگر موادی كه برای مو استفاده می شود وجود دارد. دهان شویه ها، خمیر دندان و صابون ها نیز حاوی مقادیری فلزات سنگین از جمله سرب می باشند.
در جوامع صنعتی امروز، گریزی از مواد شیمیایی و فلزات سمی نیست. خصوصاً كه خیلی از مشاغل و حرفه ها مستلزم قرار گرفتن در معرض فلزات سنگین هستند. افراد در تنها بیش از 50 شغل مستلزم برخورد با جیوه هستند، مثل: پزشكان، كاركنان كارخانجات داروسازی، نقاش ها، كاركنان چاپ خانه ها، فلزكارها، جوشكار ها ، دكورسازها و سفالگرها.
تحقیقاتی كه روی اثرات سمی فلزات سنگین انجام شده، تائید می كنند كه این مواد می توانند مستقیماً با مختل كردن عوامل مغزی و عصبی بر رفتار انسان اثر بگذارند. فلزات سنگین بر مواد انتقال دهنده پیام های عصبی و عملكرد آنها تاثیر دارند و فرایندهای متابولیكی بی شماری در بدن را تغییر می دهند. سیستم هایی كه عناصر فلزی سمی، می توانند آنها را تخریب كنند یا كارشان را با مشكل مواجه كنند جاهایی مثل: خون و عروق قلبی،مسیرهای سم زدایی بدن و مسیرهای تولید انرژی، آنزیم ها، سیستم گوارشی، ایمنی، اعصاب مركزی و محیطی، تولید مثل و مجاری ادراری هستند .
تنفس ذرات فلزات سنگین، حتی در مقادیر كم می توانند اثر جدی روی سلامت انسان داشته باشند. فلزات سنگین می توانند واكنش هایی حساسیتی را افزایش دهند، جهش های ژنتیكی ایجاد كنند، با عناصر كمیاب مفید برای بدن در واكنش هایی بیوشیمیایی رقابت كنند و نیز مثل آنتی بیوتیك ها عمل كنند و هر دو دسته مفید و مضر باكتریها را از بین ببرند. بیشتر اثر تخریبی فلزات سمی، ناشی از افزایش اكسید شدن رادیكال های آزاد توسط آنها است. رادیكال های آزاد به طور طبیعی وقتی سلول ها با اكسیژن واكنش می دهند (اكسایش) تولید می شوند. اما در حضور فلزات سنگین سمی یا كمبود آنتی اكسیدان ها، به صورت كنترل نشده ای تولید می شوند. آنتی اكسیدان ها مثل ویتامین های A, C, E فعالیت رادیكال های آزاد را كم می كنند.
فلزات سنگین همچنین می توانند اسیدیته خون را افزایش دهند و بدن برای حفظ pH مناسب خون، كلسیم را از استخوان ها بیرون می كشد. به علاوه فلزات سنگین شرایطی را ایجاد می كنند كه منجر به التهاب در شریان ها و بافت ها می شوند كه خود باعث خروج بیشتر كلسیم به سمت بافت ها به عنوان بافر می شود اما مشكل دیگری ایجاد میشود، به طور مثال، سخت شدن دیواره شریان و انسداد پیشرونده.
اگر جای كلسیم از دست رفته پر نشود برداشت دائمی این ماده معدنی مهم از استخوان ها باعث پوكی استخوان می شود. مطالعاتی نشان می دهد كه هر مقدار جزئی از عناصر سمی، نتایج منفی بر سلامتی دارند. كودكان و سالخوردگان كه سیستم ایمنی ضعیف تری دارند در مقابل مسمومیت با این مواد، آسیب پذیرند.
2-1- اهمیت اندازه گیری یون های فلزی:
1-2-1- اهمیت اندازه گیری روی
روی برای ساخت كلاژن، جهت استحكام پوست و مو ضروری است. این عنصر با دارا بودن خواص آنتی اكسیدانی از پوست در مقابل اثرات نامطلوب اشعه فرابنفش خورشید محافظت می كند[1].
تحقیقات نشان داده اند این عنصر دارای خواص ضد آكنه و ضد التهابی بوده و در تسریع و ترمیم زخمهای پوستی نقش دارد[1]. فلز روی در تقویت سیستم ایمنی نقش بسزایی ایفا می كند و از بروز بیماری ها خصوصاً سرماخوردگی جلوگیری می كند. در بهبود حس چشایی خصوصاً در سالمندان نقش دارد.
در تولید هورمون های جنسی از جمله تستسترون نقش داشته و كمبود آن سبب نقص در دستگاه تولید مثلی می شود. سبب بهبود عملكردهای ورزشی در ورزشكاران می شود. به عملكرد انسولین كمك كرده و در تنظیمقند خوننقش دارد. روی در تولید و فعالیت آنزیم ها، همچنین در ایجاد پروتئین موثر است.
بیشتر مواد معدنی كمیاب از جمله روی در صورت مصرف بیش از حد برای بدن سمی هستند و باعث اختلال در كار معده و دیگر عضوهای حیاتی بدن می شوند.