Glikoz ve insülin tayini için karbon destekli mezoporoz silika ve altın elektrotlar kullanılarak enzimatik ve aptamer temelli elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi

Diyabet, kan şekerinin düzenlenmesinde bozukluklara yol açan kronik ve metabolik bir hastalıktır. Kan şekerinin düzenlenmesi, pankreas tarafından salgılanan ve kandaki glikozun hücrelere alınarak enerjiye dönüştürülmesini sağlayan insülin hormonu ile gerçekleşir. Tip 2 diyabette hücreler insüline karşı duyarsızlaşır, Tip 1 diyabetli hastalarda ise pankreas yeterli insülini salgılayamaz ve Tip 2 diyabetli hastalarda görüldüğü gibi hücreler insüline karşı duyarsızlaşır. Tip 1 diyabetli hastalarda, pankreas yeterli insülin salgılayamaz, Tip 2 diyabette olduğu gibi hücreler insüline karşı duyarsızlaşır. Bu durumda, kan şekerinin normal seviyelerde tutulması için dışarıdan müdahale edilmesi gerekebilir. Bu nedenle kanda hem glikozun hem de insülinin aynı anda izlenmesi ve takibi önem kazanır. Bu çalışmada glikoz tayini için enzimatik bir biyosensör ve insülin tayini için bir aptasensör geliştirilmesi amaçlanmıştır. İlk aşamada, silika kaynaklı mezogözenekli malzemelerin enzim immobilizasyonu için uygunluğu ve elektrokimyasal biyoelektronik sistemlerdeki performansı incelenmiştir. Bu amaçla, silika kaynaklı mezogözenekli malzemelere iletken ve yüksek yüzey alanına sahip bir tabaka olan grafen oksit (GO) katılarak iletkenlik kazandırılmıştır. İletkenlik kazandırılmış mezogözenekli malzeme (MGM) baskı devre karbon elektrotlar (SPE) üzerine kaplanarak elektrokimyasal karakterizasyonları yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmalarında doğrusal taramalı voltametri (LSV) ve dönüşümlü voltametri (CV) yöntemleri kullanılmıştır. Elektrokimyasal karakterizasyon çalışmaları sonucu iyi performansı gösteren hacimce (1:1) GO/MCM-41 çözeltisi seçilerek biyosensör uygulamasındaki performansı incelenmiştir. Redoks aktif bir bileşik olan ve elektrokimyasal sinyal sağlayan ferrosen (Fc), SPE üzerine kaplanan GO/MCM41 üzerine kaplanarak uygulanmış ve GO/MCM-41/Fc modifiye elektrotu elde edilmiştir. Daha sonra, glikozun oksidasyonunu katalize eden bir enzim olan glikoz oksidaz (GOx) enzimi GO/MCM-41/Fc modifiye elektrot üzerine tutuklanmıştır. Enzimin yüzeye koyulması sonrasında kitosan (Chit) kullanılarak polimer film oluşturulmuştur (GO/MCM41/Fc/GOx/Chit). Hazırlanan biyosensörün glikoz tayini için lineer çalışma aralığı, tespit sınırı, seçiciliği, tekrar üretilebilirliği, raf ömrü ve gerçek numune analizi gerçekleştirilmiştir. Biyosensörün glikoz tayini için lineer çalışma aralığı 1- 10 mM olarak bulunmuştur. Tespit sınırı (LOD) ise 0,516 mM olarak hesaplanmıştır. Biyosensörün tekrar üretilebilirliği 5 mM glikoz konsantrasyonuna on farklı zamanda vermiş olduğu yanıtın bağıl standart hatası (RSD) hesaplanarak değerlendirilmiştir. RSD %5,84 olarak bulunmuştur. Biyosensörün raf ömrü deneylerinde ise, 5 mM glikoz için 3, 7 ve 27. Gün yaşlandırılmış elektrotlarda alınanncevapların 1. gün cevabına göre standart RSD'leri sırasıyla %6,44 %9,82 ve %5,86 olarak bulunmuştur. Biyosensörün seçiciliği ise potansiyel girişim yapabilecek ürik asit, askorbik asit ve insülin gibi maddelerin cevaba etkisi ile değerlendirilmiştir. Bu maddelerin cevaba anlamlı bir etki etmediği sonucuna varılmıştır. Gerçek numune analizi için vişne, çilek ve kayısı reçellerinde bulunan glikoz miktarı kalibrasyon eğrisinden hesaplanmıştır. Hesaplanan glikoz kısmi bir şekilde KOSKA firmasının vermiş olduğu değerler ile uyumlu bulunmuştur. Çalışmanın diğer kısmında insülin tayini için yeni bir aptasensör geliştirilmesi amaçlanmıştır. İlk aşamada, aptamer bazlı bir elektrokimyasal biyosensör sistemi tasarlanmıştır. Bu sistemde, SPE üzerine elektrodepozisyon yöntemiyle altın (Au) kaplanmış ve yüzeye metilen mavisi aptameri bağlanmıştır. Aptamerin bağlanma koşulları ve yüzey doluluğu karakterize edilmiştir. Daha sonra, aptamer, merkaptohekzanol (MCH) ve insülin inkübasyon süreleri Design Expert progamı kullanılarak cevap yüzey yöntemiyle 180 dk., 60 dk. ve 25 dk. olarak belirlenmiştir. Aptamerin farklı insülin miktarları için verdiği tepki elektrokimyasal kare dalga voltametrisi (SWV) yöntemi kullanılarak incelenmiş ve aptasensör zemin cevabına göre oluşan farklar alınarak kalibrasyon eğrisi elde edilmiştir. Geliştirilen aptasensörün sulu çözeltide lineer çalışma aralığı 25 – 150 pM ve LOD 18.45 pM (%95 güven aralığında) olarak belirlenmiştir. Son olarak, aptasensöre potansiyel girişim yapabilecek maddeler belirlenmiş (streptavidin, glikoz, trombin ve ürik asit) ve aptasensör validasyonu sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, aptasensör için belirlenen girişimlerden anlamlı bir etki görülmemiştir. Aptasensör cevabının en düşük RSD sapma değeri ve yüzde hassasiyeti %9,5 ve %6,4 olarak bulunmuştur. Raf ömrü deneyleri sonucunda ise 10 gün içerisindeki kararlılık kaybı %8 olarak bulunmuştur.