Biosensors
83 theses under this subject heading
Doku mühendisliği ve biyosensör uygulamaları için nanogözenekli anodize alüminyum oksit membranların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi
Anodik alüminyum oksit (AAO) membranlar biyomedikal mühendisliğinin birçok uygulama alanında fiziksel ve kimyasal avantajları nedeniyle ön plana çıkan seramik bir malzeme grubudur. Bu tez kapsamında, AAO membranlar doku mühendisliği ve biyosensör uygulamaları açısından ele alınmıştır. Tezin ilk kısmında AAO membranların nöroelektrot olma potansiyelleri araştırılmıştır. Sonuçlar, iletken 100 nm AAO (CAAO) membranların sinir gelişimini, farklılaşmasını iletken 250 nm AAO membranlara nazaran tetiklediğini göstermiştir. Dahası, 100 nm AAO membranlar, membranlardaki sinir büyüme faktörlerinin kontrollü salım parametreleri kontrol edilirse nöron elektrot yüzeyi olma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, membranlar Alzheimer proteinlerinin tespiti için faydalanılan Raman aktif polikarbonat filmlerin üretiminde kalıp olarak kullanılmıştır. Çalışmalar 20 nm Au kaplanmış multi çatal desenli substratların (Au@MDS) 0,5 pg/ml konsantrasyonuna kadar amiloid β 1-42 (Aβ 1-42) proteininin tespitine olanak sağladığını göstermiştir. Ayrıca yüzeylerin sinyal tekrarlanabilirliği (% RSD: %17), seçiciliği (miyoglobin) test edilmiştir. Sonuçlar Au@MDS`lerin fiziksel yapıları nedeniyle sıcak nokta oluşumunu tetiklediğini göstermiştir. Ek olarak, damla yayma tekniği kullanılarak üretilen kitosan:jelatin (K:J) nanodesenli ve/veya epidermal büyüme faktörü katkılanmış filmler üretilmiş ve bu filmlerin implant kaplama ve yara örtü modeli (melanogenez perspektifinde) olarak potansiyelleri in vitro/in vivo koşullarda takip edilmiştir. Kemik doku mühendisiliği ile ilgili yapılan çalışmalar nano K:J filmlerin mezenkimal kök hücreleri düz K:J filmlere ve TCPS yüzeylere nazaran kemik hücrelerine farklılaştırma potansiyeli tespit edilmiştir. Ayrıca benzer analizler olgun kemik hücreleri için tekrarlanmış ve benzer sonuçlar elde edilmiştir. Deri doku mühendisliği çalışmaları in vitro ve in vivo koşullarda yapılan protein ve gen temelli testleri ile sunulmuştur. Epidermal büyüme faktörü (EGF), melanogenezde önemli bir etkiye sahip olmamasına rağmen, yaranın kapanma performansını arttırdığı gösterilmiştir. Sonuçlar histoloji boyamaları ile doğrulanmıştır. Ancak, nanotopografik etkinin melanogenezde aktif rol aldığı tespit edilmiştir. Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, nano filmlerin EGF varlığında iyi bir yara yama modeli olabileceği düşünülmektedir. Sonuçlar, AAO mebranların kontrol edilebilir parametrelerinin doğrudan ya da dolaylı (kalıp) olarak hücresel aktiviteyi ve optik sensörlerde sıcak nokta oluşumunu tetikleyici bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.
H2-reseptör antagonisti guanidin yapılı ilaçlarda etken madde tayini için potansiyometrik sensör geliştirilmesi, ülser ve mide koruyucu ilaç formülasyonlarında uygulanabilirliğinin araştırılması
Guanidin, üç amino grubunun bir karbon atomuna bağlanması ile oluşan bazik bir moleküldür. Farmakolojik formlarda guanidin molekülü içeren, guanidin türevli moleküllerin etken madde olarak kullanımı oldukça yaygındır. H2-reseptör antagonisti olarak mide rahatsızlıklarında oldukça etkili bir tedavi yöntemi sunmaktadır. Bu tez çalışmasında guanidin türevli etken maddelere sahip ticari ilaç formları kullanıldı ve guanidin molekülüne afinitesi en uygun guanidin türevi araştırılarak guanidin seçici potansiyometrik sensör geliştirildi. En iyi potansiyometrik performans özelliklerini ağırlıkça % 4,0 iyonofor % 32,0 PVC (polivinilklorür), % 64,0 o-NPOE (orto-nitrofenil oktileter) membran bileşimine sahip sensör kompozisyonu ile hazırlanan sensör sergiledi. Sensörün doğrusal çalışma aralığı R2=0,9978 değeri ile 1,0 × 10-5 – 1,0 × 10-1 molL-1, gözlemlenebilme sınırı 5 µmolL-1, ortalama cevap zamanı 4 saniye olarak belirlendi. Sensör 15-40 ℃ aralığında değişen sıcaklık ve pH=5,0-9,0 arasında değişen pH koşullarından etkilenmeden performans sergiledi. Sensör yaklaşık 11 hafta boyunca potansiyel cevaplarında önemli bir sapma olmadan ölçüm gerçekleştirebildi. En sık kullanılan mide koruyucu farmasötik formlar da dahil olmak üzere bazı numunelerde sensör, guanidin molekülü tayini için yüksek geri kazanımlarla başarıyla uygulandı. Geliştirilen sensörün, yüksek tekrarlanabilirliği ve kararlı potansiyometrik cevap üretebilmesi ile analitik kimyada guanidin molekülü için kullanılan tayin yöntemlerine alternatif bir yöntem olarak güvenilir bir şekilde uygulanabilir olduğu ortaya konuldu.
Antihistaminik ilaçlarda etken madde desloratadinin tayini için potansiyometrik biyosensör geliştirilmesi
Desloratadin, alerjik reaksiyonların tedavisinde sıklıkla kullanılan H1 reseptörü blokeri olan ikinci nesil antihistaminiklerden biridir. Bu tez çalışmasında geliştirilen sensörün desloratadine seçici olması için desloratadin-tetrafenilborat iyon çifti kullanılarak iyonofor sentezi yapılmıştır. Sentezlenen DES-TPB iyonoforu, farklı oranlarda polivinil klorür (PVC) ve çeşitli plastikleştiriciler ile birleştirilerek membran yüzeyi oluşturulmuştur. Sensörün desloratadine seçici olması amacıyla membran yüzeyleri katı kontak malzeme ile kaplanarak desloratadin seçici potansiyometrik sensörler hazırlanmıştır. Hazırlanan sensörlerden en iyi potansiyometrik yanıt, membran bileşimi ağırlıkça %6,0 iyonofor, %32,0 PVC ile %62,0 o-NPOE (orto-nitrofenil oktileter) plastikleştirici kullanılan bileşiminden oluşan sensörden alınmıştır. Geliştirilen sensörle yapılan potansiyometrik ölçümler sonucu doğrusal çalışma aralığı R2=0,9926 değerindeki bir eğimle 1,0×10⁻7–1,0×10⁻2 M derişim aralığı olarak belirlenmiştir. pH=6,0-10,0 aralığında sensörün pH değişimlerinden etkilenmeden çalışabildiği, cevap süresinin 6 sn olduğu gözlemlenmiştir. 15-35 0C sıcaklık aralığında sensör iyi performans özellikleri göstermiştir. 6 haftalık bir kullanım ömrü olduğu tespit edilen desloratadin seçici sensörün titrasyon uygulamalarında ve gerçek numune analizinde de başarılı ve güvenilir sonuçlar verdiği ortaya konmuştur.
Telomeraz aktivitesi tayinine yönelik yüksek enerji dönüşümlü floresan partiküllerin biyosensör olarak kullanımı
Bu tez çalışması kapsamında, nadir toprak elementlerinin yüksek enerji dönüşümü (up-conversion) özelliğini ve antikor etkileşim süreçlerinin hassas seçim kabiliyetini kullanarak silika nanoyapıları ile vücut sıvısından telomeraz tespitini yapabilecek bir tanımlayıcı florofor probun geliştirilmesi amaçlanmıştır. Telomeraz enzimi, sınırsız bölünme yeteneğine sahip hücrelerde (kanser hücreleri) ekspresyonu oldukça yüksek olarak literatürde rapor edilmiş bir enzimdir. Buradan hareketle, telomeraz enziminin sekrasyon miktarını saptayacak bir biyosensör, genel kanser taraması ve kanserin erken teşhisi için bir umut olabilir. Günümüzde yaygın ve ölümcül bir hastalık olan kanserin erken dönemde teşhis edilmesi durumunda tedavisinin mümkün olduğu bir hastalıktır. Telomeraz miktarı ve aktivitesindeki anomaliler bu bağlamda bilim insanlarına ön bilgi vermektedir. Bu gerekçeyle, yeni nesil problar ile vücut sıvısından telomeraz varlığını araştırabilecek bir florofor prob geliştirmek hedeflenmiştir. Bu tez çalışması kapsamında, silika nanopartiküller taşıyıcı ana gövde olarak seçilmiştir. Literatürde Stöber yöntemi olarak bilinen yöntem ile sentezlenmiş ve bunlara yardımcı bağlayıcı gruplar (NH, OH vb.) ile modifiye edilmiştir. Modifiye edilen silika nanopartiküller ön deneme olarak, organizmada fizyolojik ve biyolojik açıdan önemli bir yer teşkil eden demir ile alakalı olan ''transferrin'' antikoru ile yapılmıştır. Transferrin antikoru başarılı bir şekilde temel silika nanopartiküllere bağlanmış ve antijen yakalama ve tespit etme kabiliyeti ve kapasitesi analizler ile ölçülerek rapor edilmiştir. Kanserin erken teşhisi için, benzersiz emisyon özellikleri olan yüksek enerji dönüşümlü lantanit katkılı silika (silika@lantanit) probların denemesinden önce yapılan bu ön deneylerde transferrin antijenin vücut sıvısındaki miktarını ölçmeye yarayan bir biyosensör olmuştur. Ön denemelerin başarılı bir şekilde sonuçlanmasından sonra, ölçülecek proteinden alınan sinyal farklarının daha yüksek ve daha keskin alınmasını sağlamak amacı ile sentezlenen silika nanopartiküllerin çekirdeğine evropiyum lantanit iyonu yerleştirilmiş ve alınan sinyalin daha yüksek ve kalıcı olması için de anten görevi görecek bir organik malzeme ile bu yapı desteklenerek bir florofor prob haline getirilmiştir. Daha sonra bu malzemeye, Si@Eu (Eu katkılı silika), ''telomeraz'' antikoru bağlanarak dekore edilmiş ve bir immüno prob halini almıştır. Hem florofor hem de immün etkileşimi olan bu nano sensör '' immünoprob'' olarak adlandırılmıştır. Telomeraz antijenini yakalamaya hazır hale getirilmiş olan bu problar ile deneyler yapılmıştır. Ticari antijen ve gerçek kanser hücrelerinden ekstrakt edilmiş antijenler ile etkileşime sokularak ortam absorpsiyon sinyalleri değerlendirilmiştir. Bu analizlerde yüzey karakterizasyonu, modifikasyonun her aşamsında yüzey potansiyeli ve elektron mikroskobu incelemeleri, FT-IR, elektroforez, UV spektrometri ve spektroflorometri analizleri yapılmış ve sonuçlar, başarılı bir şekilde rapor edilmiştir. Bu çalışma neticesinde elde edilen net veriler şunlar olmuştur; 1) Silika nanoyapılar ön denemelerde bir prob haline getirilmiş ve toplam demir bağlama kapasitesi (TIBC) analizi yapabilecek medikal bir sensör geliştirilmiştir. 2) Silika nanoyapılar florofor problara dönüştürülerek, yüksek enerji dönüşümlü (YED) prob halini almış ve ticari antijen ile gerçek antijeni kayda değer oranlarda yakalamayı başarmıştır. 3) Elektroforez analizlerinde, yüksek enerji dönüşümlü (YED) nanoprobların, ticari boya olan Cy2@Green ile yarışması sonucunda elde edilen bant görüntüleri, dissosiyasyon davranışları ve keskinliklerden de biyo-sensör olmasının yanısıra iyi bir belirteç olduğu da görülmüştür. Özetle, silika nanoyapıların uygun ve işlenebilir yapıları sayesinde; lantanitlerin enerji dönüşümlerinin kararlılığı ve antikor-antijen etkileşimlerinin yüksek seçiciliği sayesinde hem ticari kararlılığı yüksek bir biyo belirteç sentezlenmiş hem de tezin ana çalışması olan kanserin erken teşhisine olanak veren, telomeraz miktarının tayinini saptayacak bir biyosensör başarılı bir şekilde üretilmiştir.
Construction and characterization of solid-supported lipid bilayers to investigate cell-surface interactions
Investigation of cell-cell/biomolecule and cell-surface interactions are essential to understand basic mechanisms such as cell signaling, attachment, proliferation and differentiation. Getting insight to these mechanisms also elucidates the topics such as the development and improvement of effective medical systems. Supported lipid bilayers (SLBs) when functionalized with bioactive molecules that are responsible for specific biological interactions, allow long-term experiments for many practical applications such as investigation of the basic features of biological membranes, construction of biosensors, drug screening platforms, cancer cell detection platforms and investigation of the cell–cell/biomolecule, cell-surface interactions. These biomimetic lipid bilayer platforms allow the usage of surface-sensitive characterization techniques such as atomic force spectroscopy (AFM), surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D). The aim of the thesis is to construct functional SLB platform to investigate cell-surface interactions and to monitor whole process in real time via QCM-D system. In this way, it is possible to investigate changes in cell-surface interactions (surface characteristics, cell type and time dependent) that can not be distinguished under the microscope. SLB surfaces were functionalized with RGD, and osteocalcin mimetic (OSN) peptides and their interaction with osteoblast cells were evaluated. RGD is the binding motif of various extracellular matrix (ECM) proteins so it is expected to promote cell adhesion whereas OSN is known to promote biomineralization rather than cell attachment so chosen as control. Similar platforms were used in parallel in cell culture environment for comparison. The first part of the thesis focused on the construction of an SLB platform in single step. Most of the model lipid membrane studies on gold-coated sensors involve the usage of various surface-modification strategies to rupture liposomes and induce lipid bilayer formation since liposomes with polar surfaces do not interact with bare, hydrophobic gold. For this purpose, it was aimed to form SLB on gold sensor surfaces without further modification by incorporating a thiol-modified phospholipid, 1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphothioethanol (DPPTE) into phosphatidylcholine (PC) based liposomes. The binding kinetics of liposomes with different DPPTE ratio (0.01 to 100% mol/mol) and diameters were monitored by QCM-D. The dissipation change per frequency change, i.e., acoustic ratio, which is evaluated as a degree of the viscoelasticity, considerably decreased with the presence of DPPTE (from 162.3 GHz−1 for flattened PC liposomes to ca. 89.5 GHz−1 for 100% DPPTE liposomes) when compared to the results of two reference rigid monolayers and two viscoelastic layers. To assess the quality of SLB platform, the interpretation of QCM-D data was also complemented with Surface Plasmon Resonance. While QCM-D is sensitive to the liquid content within the layers, SPR provides liquid-independent results and thus the results of these techniques are compared to make more realistic interpretations. The optimum thiolated-lipid ratio (1%, lower thiol ratio and higher rigidity) was then used to determine the dry-lipid mass deposition, the water content and the thickness values of the SLB via viscoelastic modelling. Further, surface characterization studies were performed by Atomic Force Microscopy with high spatial resolution. The results suggested that model membrane was almost continuous with minimum defects but showed more dissipative/soft nature compared to an ideal bilayer due to partially fused liposomes/overlapped lipid bilayers/multilayer islands. These local elevations distorted the planarity and led the increase of overall membrane thickness to ∼7.0 nm. However, the construction of SLB on gold in a single step has been successfully accomplished. In the second part of the thesis, the aim was to obtain insight about how to evaluate cell – surface interactions in QCM-D system. QCM-D is one of the powerful techniques, which allow real time, quantitative and noninvasive analysis of the interaction of different cell types with various modified surfaces. For this purpose, different surfaces were prepared without using SLB system and their interaction with the cells for 18 h were interpreted. First, the dynamic adhesion behavior of human fetal osteoblastic bone (hfOB) cell lines was monitored on untreated and hydrophilically treated gold sensor surfaces as reference substrates. Adhesion was also observed under light microscopy to facilitate the evaluation. Cells increased their surface contact area and spread more on hydrophilic surfaces, and showed distinct profile with an increased rigidity at the cell-surface interfacial layer, which is assigned to extracellular matrix remodeling. Further, the adhesion strength and kinetics were characterized on cell adhesive (poly-L-lysine and fibronectin) and repellent (bovine serum albumin) surfaces. The overall results indicated that protein-mediated specific interactions contributed mostly to the dissipation changes (ΔD) or acoustic ratio (ΔD/Δf). Finally, the potential of QCM-D to distinguish healthy and cancerous cells were evaluated by comparing the results of hfOB cells with that of SaOS-2 (osteosarcoma) cancerous cells. Cancerous cells interacted more strongly with the surfaces and showed more viscoelastic characteristic than the healthy cells. In the final part of the thesis, SLB activation and functionalization with RGD and OSN peptides and examination of the interactions of these systems with cells via QCM-D were aimed. First, the stability of lipid bilayers in various medium conditions were evaluated. The structural integrity was conserved until fifth day in PBS, but hole formations started to form from the first day and increase their number and size in time under serum-supplemented medium conditions. SLBs enriched with different lipids (cholesterol, PS, DOTAP) increased the stability of SLB to pure PC. Lateral mobility of the lipid bilayer was also demonstrated via FRAP (Fluorescence Recovery after Photobleaching) method. After the SLB characterization for both stability and fluidity, the kinetics of peptide attachment to SLBs were compared to their nonspecific adsorption onto gold surfaces and the characteristic of resultant layers were analyzed via QCM-D. The results indicated that conjugation to SLB provide higher structural flexibility than passive adsorption. When cells were incubated with these surfaces, it was seen that low density of mobile RGD peptides on SLB platforms preserved their biological activity and promoted cell adhesion more efficiently than high number of immobile peptides on the gold surfaces. Cell attachment and spread on RGD-fSLB surfaces were also confirmed in cell culture. Limited number of cells were attached on bare SLB surface and they remained in rounded morphology. Cells did not spread well on OSN-coated surfaces, and acoustic ratio measured on each OSN layers probably did not originate from specific adhesion of the cells, instead the negative charge of OSN could provide electrostatic interactions between surface and biomolecules on the cell membrane, thus promoting nonspecific protein and cell attachment. In conclusion, nonfouling SLB surfaces were successfully functionalized and constructed fSLB platforms were shown to have the potential for real time and label-free monitoring of the specific cell – surface interactions via QCM-D.
Alerjen spesifik immunoglobulin e tayini için yüzey plazmon biyosensörlerin geliştirilmesi
Alerji dünya nüfusunun %10-20'sini etkileyen oldukça yaygın kronik bir hastalıktır. Alerji, yetişkin nüfusun %2'sini ve çocukların %8'ini etkilemektedir. Alerjik hastalıklar, solunum sisteminin toz ve polenlere, sindirim sisteminin belirli bir gıdaya, cildin bir kimyasal maddeye maruz kalması ile ortaya çıkabilir. Serumda, antijen-spesifik immunoglobulin E'nin (IgE) tayini antijene karşı aşırı duyarlılığı belirtir. IgE düzeyi alerjik durumlarda yükselir. Başlıca alerjenik kaynaklar polenler, besinler, akarlar, küfler ve zehirlerdir. Bu nedenle astım, egzama ve saman nezlesi gibi alerjik hastalıkların teşhisi için IgE düzeyindeki artış önemlidir. Alerjen tespiti için geleneksel yöntemler genellikle enzimatik etiketleme gerektiren Enzim-bağlı immunosorbent analizi (ELISA) tekniğidir. Bu etiketleme süreci zaman alıcıdır ve hedef biyomoleküllerin immunokimyasal aktivitesini değiştirebilir. Yüzey plazmon rezonans (SPR), biyomoleküller arasındaki etkileşim ölçümü için iyi bilinen bir teknolojidir. Bu tez kapsamında alerjen-spesifik serum IgE tayini için optik temelli yüzey plazmon rezonans biyosensörler hazırlanmıştır. SPR biyosensor çip yüzeyi öncelikle 3-merkaptopropionik asit ile işsevleştirilmiştir. N-etil-N′-(3-dietilaminopropil)karbodiimid (EDC)/sülfo-N-hidroksisülfosüksinimit (NHS) ile aktive edilmiş karboksilik asit fonksiyonlarına kovalent bağlanması gerçekleştirilmiştir. Antikor üzerindeki terminal amin grupları ile Anti-immünoglobulin E daha sonra tanıma bölgeleri olarak yüzeye immobilize edilmiştir. Hazırlanan SPR biyosensor çip yüzeyi temas açısı ve atomik kuvvet mikroskop (AFM) ile karakterize edilmiştir. Yüzey pürüzlülük değerleri boş çip yüzeyi ve modifiye edilmiş çip yüzeyi için sırasıyla 2.0 nm ve 8.36 nm olarak bulunmuştur. IgE tayini 1.0 ng/mL-1000 ng/mL derişim aralığında yürütülmüştür. SPR biyosensörde plazma ve sulu çözeltilerde IgE'nin tayini yaklaşık 10 dakika analiz süresiyle çok seçici bir şekilde gerçekleştirilmiştir. IgE tayin sınırı (LOD) 0.22 ng/mL olarak bulunmuştur. Albumin, immunoglobulin G, miyoglobin proteinleri ile seçicilik çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Tekrarlanbilirlik çalışmaları SPR biyosensor sistemine ard ard 5 defa IgE örnkeleri verilerek sinyal yanıt kararlılığı incelenmiştir. Tasarlanan SPR biyosensor çiplerin yüzey homojenliğini incelemek için Scatchard, Langmuir, Freundlich ve Langmuir-Freundlich adsorpsiyon izoterm modelleri hesaplanmıştır. Hem çiplerde adsorpsiyon davranışı, Langmuir izoterm modeline uygun olarak bulunmuştur.
Konkanavalin a baskılanmış yüzey plazmon rezonans temelli biyosensörün hazırlanması
Bu tez kapsamında, Konkanavalin A tayini için Konkanavalin A baskılanmış yüzey plazmon rezonans (SPR) biyosensörler hazırlanmıştır. Bu amaçla, ilk olarak SPR biyosensör çip yüzeyi allil merkaptan ile modifiye edilmiştir. Daha sonra N-metakriloil-(L)-histidin metil ester (MAH) monomeri kullanılarak Konkanavalin A kalıp molekülü ile birlikte farklı molar oranlarında ön polimerizasyon kompleksleri oluşturulmuştur. Ön kompleks, fonksiyonel monomer olarak kullanılan HEMA, çapraz bağlayıcı olarak kullanılan EGDMA ile oluşturulan polimer karışımı içerisine katılmış ve AIBN başlatıcısı varlığında SPR çip yüzeyinde UV ışığı kullanılarak polimerleştirilmiştir. Kontrol grubu olarak Konkanavalin A kalıp molekülü kullanılmadan aynı işlemler gerçekleştirilmiş ve Konkanavalin A baskılanmamış SPR biyosensörler hazırlanmıştır. Hazırlanan SPR çipler atomik kuvvet mikroskobu (AFM), elipsometre ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Konkanavalin A molekülü için uygun pH değerinin belirlenmesi amacı ile Konkanavalin A baskılanmış biyosensör ile pH 4, 5, 6, ve 7.4 fosfat tamponları ile hazırlanmış Konkanavalin A çözeltileri kullanılarak pH taraması gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sensorgramlar ile Konkanavalin A molekülü için uygun pH değeri 7.4 fosfat tamponu olarak tespit edilmiştir. Daha sonra farklı derişimlerdeki Konkanavalin A çözeltileri (0.01-50 ng/mL) ile kinetik analiz yapılarak SPR biyosensörün ölçüm hassasiyeti belirlenmiştir. Ölçüm sonuçlarından elde edilen sensorgramlar sonucunda hazırlanan baskılanmış biyosensörün doğruluğu (0.01-5 ng/mL) derişim aralığında %99; (10-50 ng/ml) aralığında ise %96 doğrulukta ölçüm yapmaktadır. Tayin limiti (LOD) 0.0011 ng/mL ve tayin sınırı (LOQ) 0.0038 ng/mL olduğu hesaplanmıştır. Farklı derişimlerde hazırlanmış Konkanavalin A çözeltileri bağlanma kinetiğinin belirlenmesi amacı ile kullanmıştır. Hazırlanmış olan biyosensör için en uygun adsorpsiyon modeli Langmuir olarak tespit edilmiştir. Seçicilik çalışmaları, Konkanavalin A baskılanmış ve baskılanmamış SPR biyosensörler ile moleküler yapı bakımından benzer olan sığır serum albumin (BSA) ve miyoglobin (Myg) yarışmacı molekülleri ile gerçekleştirilmiştir. Gerçek örnek çalışmaları için soya fasulyesinden Konkanavalin A molekülü saflaştırılmıştır. Gerçek örnekten hazırlanan örneklerin Konkanavalin A baskılanmış SPR biyosensör ile kinetik analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sensorgramlar ile Konkanavalin A miktarı ve geri kazanım hesaplanmıştır. Konkanavalin A molekülünün yapay kontrol plazma ortamındaki uygunluğunu belirlemek amacıyla yapay kontrol plazma içerisinde farklı derişimlerde hazırlanmış Konkanavalin A çözeltilerinin baskılanmış SPR biyosensör ile kinetik analizleri gerçekleştirilmiş, elde edilen sensorgramlar ile Konkanavalin A miktarı ve geri kazanım hesaplanmıştır. Konkanavalin A molekülünün tekrar kullanılabilirliğinin incelenmesi amacıyla aynı gün içerisinde peş peşe 4 tekrarlı analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca farklı zamanlardaki biyosensör kullanılabilirliğini test etmek amacıyla 1., 2., 4. ve 6. aylarda kinetik analizler gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan Konkanavalin A baskılanmış SPR biyosensörün Konkanavalin A tayini için hassas, hızlı, uzun ömürlü ve maliyetli bir teknik olduğu gösterilmiştir.
Glikozillenmiş protein tayini için boronat temelli yüzey plazmon rezonans sensörler
Şeker hastalarının kan şekeri seviyelerinin takibinde en yaygın kullanılan testler kan glukozu ve glikozillenmiş hemoglobin (HbA1c) ölçümüdür. Kan glukozu ölçümü, günlük glisemik durumun göstergesi iken HbA1c ve diyabet gelişme riskinin bir göstergesidir. Glikozillenmiş hemoglobin (HbA1c) hemoglobinin β-zincirinin N-terminal valinine glikoz bağlanması sonucu oluşur ve geçmiş 2-3 aylık dönemdeki ortalama glukoz değerini yansıtır. HbA1c'nin kandaki derişiminin 141mg/dL'den yüksek olması şeker hastalığı teşhisi konması için çoğu zaman yeterlidir. Boronik asit türevleri, cis-diol etkileşimini temel alan karbonhidrat ilişkisi sayesinde HbA1c tayininde sıklıkla kullanılır ve bu ilişki temel alınan tayinler çoğunlukla enzimatik sensörler ve HPLC ile yürütülmektedir. Bu yöntemlerin yanı sıra sensör çalışmaları da alternatif olarak geliştirilmeye başlanmıştır. Bu çalışmada bir boronik asit türevi olan vinil fenil boronik asit ile modifiye edilmiş bir yüzey plazmon rezonans sensörü ile HbA1c tayini yapmak amaçlanmıştır. Çalışmada pH değerinin bağlanmada önemli bir parametre olduğu ve derişim attıkça alınan sinyalin de arttığı görüldüğünden bağlanmanın başarılı bir şekilde sağlandığı sensogramlardan alınan grafiklerle ortaya konulmuştur. 10 μg/mL derişimde dahi sinyal alınabildiğinden klinik değerlerden çok daha hassas ölçüm yapılabildiği de kanıtlamıştır. Yapay plazma çalışmalarında insan serum albumini, IgG, hemoglobin gibi bağlanma gösterebilecek moleküllere karşı seçiciliği ayırt edici bir şekilde fazla olduğu alınan farklı sensogramlarla teyit edilmiştir. Tekrar kullanılabilirlik testlerinde kırınım değerinin oldukça az değişim göstermesi düşük maliyet hedeflenen çalışmalar için de uygun olduğunu göstermiştir. Sonuçlar ayrıca bir SPR biyosensörünün HbA1c ölçümünün doğruluğunu ve yine doğruluğunu arttırmak için hassas bir teknik olarak kullanılabileceğini kanıtlamıştır.
Meme kanseri hücrelerini saptayan HER2 antikoruyla işlevselleştirilmiş kuvars kristal mikrodenge temelli biyosensörün geliştirilmesi
Bu çalışmada, HER2 ekspresyonu artmış meme kanseri hücrelerinin erken tespit edilebilmesine imkan tanıyabilecek kullanımı kolay, güvenilir, etkili, hızlı, duyarlı, özgül ve doğrudan gerçek zamanlı izlemeye olanak sağlayan antijen-antikor temeline dayalı QCM sensör sistemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, QCM çipi polimerik nanopartiküllerle kaplanmıştır. Nanopartikülleri hazırlamak için monomer fazı hidroksietilmetakrilat (HEMA) ve etilen glikol dimetakrilat (EDMA) kullanıldı. Nanopartiküller Zeta Sizer ve FTIR ile incelendi. Nanopartiküllerin homojen şekilde oluştuğu ve boyutlarının 73,22 nm olduğu belirlendi. Elde edilen poli-hidroksietilmetakrilat (PHEMA) nanopartiküller tozsuz ortamda UV ışık altında 20 dk inkübe edilerek çip yüzeyine bağlandı. Nanopartiküllerin bağlı olduğu çip yüzeyinin özellikleri temas açısı, elipsometri, SEM ve AFM ile belirlendi. Nanopartikül kaplanmış altın çip yüzeyi, karbodiimid aracılığıyla bağlanan HER2 antikoru ile işlevselleştirildi. SKBR3, MDA-MB 231 ve fibroblast hücre örnekleri, çip üzerinden 10-500 hücre/ml ve 0.5 ml/dk hızda geçirilerek eş zamanlı hücre analizi gerçekleştirildi. QCM sensör yüzeyi için hücre/cm2 birim alanda meydana gelen kütle artışları (m) karşılaştırıldı. HER2 bağlı QCM çipin tespit limiti (LOD) 10 hücre/ml olarak bulundu. Hücre seçiciliğinin belirlenmesi için yapılan çalışmada sensörün SKBR3 hücrelerine, HER2 içermeyen MDA-MB 231 hücrelerine göre 6.32 kat, fibroblast hücrelerine göre ise 8.40 kat daha fazla seçiciliğe sahip olduğu saptandı. HER2 bağlı çipin tekrar kullanılabilirliği 250 hücre/ml olarak bulundu. Hazırlanan çipin 5 döngü boyunca bağlanma kapasitelerinde bir değişiklik olmadı. Yapılan tez çalışması sonucunda geliştirilen QCM sistemi, SKBR3 meme kanseri hücrelerinde ekspresyonu artmış HER2 hedefli olsa da daha sonraki çalışmalarda diğer HER2 ekspresyonu artmış kanser tiplerinde de kullanılabilir bir QCM sensör sistemi geliştirilmesine katkı sağlayabilecek niteliktedir.
Madde bağimliliğinin belirlenmesine yönelik biyoanaliz sistemleri i̇çin uygun aptamer ve antikorlarin stabilizasyonu: kokain ve metamfetamin sensörlerinin eldesi
Antikor ve aptamer temelli sensörler tanılayıcı protein işaretleyicilerin,nükleik asitlerin ve ilaçların analizinde oldukça popülerdir.Bundan dolayı bu sistemler madde analizinde kullanıma çok uygundur.Tez çalışmam kapsamında bu sistemler oluşturularak oldukça yaygın kullanıma sahip olan metamfetamin (MET) ve kokain analizi yapılmıştır.İlk olarak ;çift tabakalı polipeptid olan (EDOT-BTDA-Pala) polimeri MET antikorunu immobilize etmek için camımsı karbon elektroda konakçı olarak kullanıldı.MET analizi öncesinde GCE/EDOT-BTDA-Pala/Antikor yüzeyi ,elektrokimyasal dönüşümlü voltametri ve impedans spektroskopisi kullanılarak karakterize edildi.Sistemin analitik parametrelerinden LOD değeri 13,07 µg/mL; doğrusal aralığı ise y = 0,0429x-0,2347, (R2=0,996) denklemi ile 10 - 100 µg/mL bulunmuştur. Kokain analizi için ise EDOT-BTDA-PPhe iletken polimeri kullanılarak antikor ve aptamer temelli biyosensör tasarlanmıştır.GCE/ EDOT-BTDA-PPhe /Antikor –Aptamer yüzeyi elektrokimyasal tekniklerle karakterize edilmiştir.Tasarlanan aptamer temelli biyosensör sisteminde kokain ve onun metabolite benzoilekgonin (BE)'nin doğrusal tayin aralıkları sırasıyla 0,5µM-0,5 µM ve 25µM-50 µM'dır.Antikor temelli biyosensör sisteminde ise iki analit için de tayin aralığı 0,5-25 µM olarak bulunmuştur.Son olarak tasarlanan üç sistemin de sentetik olarak hazırlanan biyolojik sıvılardaki madde analizi için başarılı bir şekilde kullanıldığı kanıtlanmıştır. Anahtar kelimeler: Madde bağımlılığı; metamfetamin; kokain;anikor temelli biyosensör;aptamer temelli biyosensör
Klinik analizlere yönelik aptamer tabanlı elektrokimyasal biyosensör tasarımı
Bu çalışmada, kanser hücresi tayinine yönelik aptamer tabanlı bir nanobiyosensör tasarımı yapılmıştır. Sensör yüzeyleri olarak elektroeğirme yöntemiyle oluşturulmuş iletken PAN (poliakrilonitril) ve PPy (polipirol) kompozit nanofiberleri geliştirilmiştir. Aptamer ile modifiye edilmiş nanofiber sensör yüzeyleri model hücre olarak kullanılan A549 akciğer kanser hücresinin tayinine olanak sağlamıştır. Çalışmada tek kullanımlık grafit elektrotlar (PGE) kullanılmıştır. Elektrot yüzeyinde oluşturulan nanofiberlerin (NFPGE) nitril gruplarını karboksil gruplarına çevirmek için elektrot bir NaOH sulu çözeltisi ile kısmen hidroliz edilmiştir. Aptamer dizisi, karbodimid (kovalent bağlanma) kimyası aracılığıyla fonksiyonelleştirilmiş nanofiber modifiyeli elektrot (f-NFPGE) yüzeyine tutturulmuştur. Kanser hücrelerinin 37.5 oC sıcaklıkta aptamer modifiye edilmiş elektrot yüzeyi ile olan etkileşimi, 5mM [Fe(CN)6]3-/4- varlığında Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) yöntemi ile izlenmiştir. Tasarlanan aptasensörün seçiciliği HeLa hücreleri kullanılarak sağlanmıştır. Aptasensörün en uygun çalışma koşullarının belirlenmesi için optimum aptamer ve hücre konsantrasyonları ve yıkama zamanı koşulları optimize edilmiştir. Belirlenen optimum koşullar altında tasarlanan sensörün seçiciliği sırasıyla, biyolojik tanıma molekülü olarak başka hedefe özgül aptamer ve hedef molekül olarak deforme olmuş hücreler kullanılarak doğrulanmıştır. Kanser teşhisinde kullanılan diğer yöntemlere kıyasla hızlı teşhis imkanı sunan düşük maliyetli bir aptasensör geliştirilmiştir. Ayrıca tek kullanımlık elektrot sistemi ile bir mikrçip tasarmının temeli olduğu kanıtlanmıştır.Yapılan çalışmada tayin limiti 3.41 hücre/mL olarak hesaplanmıştır ve tasarlanan aptasensörün yüksek hassasiyette tayin yapabildiğini göstermiştir.
Patojenik mikroorganizmaların tanısına yönelik elektrokimyasal nanogenosensör tasarımı
Bu çalışmada, patojenik mikroorganizmaların tayinine yönelik elektrokimyasal temelli bir nanogenosensör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tek kullanımlık kalem ucu elektrotlar (PGE) sensör yüzeyi olarak kullanılmış ve bu sensör yüzeyleri Grafen Oksit (GO) nanomateryali ile zenginleştirilmiştir. Tasarımı yapılan nanogenosensörde model mikroorganizma olarak Escherichia coli (E. coli) bakterisine ait 22 baz uzunluğundaki gen bölgesi kullanılmıştır. Model patojenik mikroorganizma E. coli'nin hem sentetik dizileriyle hem de gerçek örnekleriyle çalışılmıştır. Genosensörün hassasiyet ve seçiciliğini artırmak için Grafen Oksit nanomateryali kullanılmıştır. Grafen, karbon atomunun sp² hibritleşmesi yapan bal peteği örgülü yapılarından meydana gelen iki boyutlu bir nanomateryaldir. Grafen Oksit (GO) ise; grafitin oksidasyonu ile elde edilen grafen türevidir. Grafen oksitin yapısında farklı oksijen grupları bulunduğu için diğer moleküller ile daha iyi bağlanma imkanı sunmaktadır. Bu amaçla, Grafen Oksitin yüzeye daha iyi bağlanması için sensör yüzeylerine karbodimid kimyası uygulanarak, Grafen Oksit modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. GO kaplı sensör yüzeylere kovalent yolla E. coli prob dizisi immobilize edilerek, E. coli hedef dizi ve tüm bazları hedeften farklı Mycobacterium tuberculosis hedef dizi ile hibridizasyona tabi tutulmuştur. Sensör yüzeyindeki etkileşimler 5mM [Fe(CN)6]3-/4- varlığında Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) yöntemi ile analiz edilmiştir. Tüm nanogenosensörün seçiciliği ve optimizasyon koşulları sentetik diziler ile elde edilmiştir. En uygun hibridizasyon koşullarını (prob ve hedef konsantrasyonu, hibridizasyon tamponu, yıkama tamponu vb.) saptamak amacıyla çalışmalar yapılmıştır. Optimizasyon koşullarının elde edilmesinin ardından PCR ürünleri (gerçek örnekler) ile çalışmaya başlanmıştır. Belirlenen tüm optimum koşullar altında tasarlanan nanogenosensörü doğrulayıcı çalışmalar ile devam edilmiştir. Kalıtsal ve bulaşıcı hastalıkların tanısında kullanılan diğer yöntemlere göre; daha hızlı, kolay ve maliyeti düşük bir nanogenosensör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yüzey alanları ve hassasiyetlerini artıran bu nanogenosensörler, klinik tanıya uygulanabilirliği ve tek kullanımlık sistem ile mikroçip teknolojilerinin temeli olduğu belirlenmiştir.
A novel biosensor based on a planar water gated organic field effect transistor using biotin functionalized polythiophene
In this thesis, a novel affinity type biological sensor based on a planar water-gated field effect transistor (WGOFET) is introduced and investigated. The liquid electrolyte layer in the WGOFET is used as the gate insulator and presented the opportunity to add water soluble biomolecules such as streptavidin to the transistor. It has a simple and low-cost fabrication process and can be integrated to microfluidic channels. It works below 1 volt. Devices are fabricated on a glass wafer by patterning the same Cr/Au (5nm/50nm) thin film to form source, drain and gate electrodes. Functionalized polythiophene polymers with biotin were synthesized and dissolved in chlorobenzene with a ratio of 5 mg/mL-1. The polymer solution is then spin coated on the wafer to form the active layer of the device. Streptavidin solutions with three different concentrations of 0.4, 1 and 2.5 μg/mL are prepared and put as a droplet into the O-ring placed over the active region of the device. A cover glass is used to confine the droplet. IDS-VDS and IDS-VGS curves of the devices are measured at specific intervals for 30 minutes. A typical on-off current ratio of 220, threshold voltage of -0.2 V and mobility of 3x10-3 cm2V-1s-1 are measured. On-current of 270 nA is achieved at -0.5 V VDS and -1 V VGS. The on-current value drops to 80 nA after 30 minutes of specific interaction between streptavidin and biotin molecules. The on-current values drop with the increased concentrations of streptavidin.
Bioapplications of integrated MEMS catheter tracking system for MRI and split ring resonator based glucose sensor
This thesis mainly consists of design, implementation and characterization of two different types of resonators for bioapplications. The first part of the thesis is about the fabrication and characterization of two generations of nickel electroplated microelectromechanical systems (MEMS) devices which will be used for catheter tracking in magnetic resonance imaging (MRI). MRI is an imaging technique which is widely used in medicine thanks to its high contrast and its being safe for human health. There are several techniques to track a catheter tip inside the MRI, most of them utilizing electrical interconnects for data readout and power transmission which in turn causes heating of the catheter tip. The heating problem can be overcome by devising an innovative system which uses optical power transmission and optical data readout. In this system, MEMS devices integrated to a complementary metal oxide semiconductor integrated circuit (CMOS IC) enable optical data readout via laser Doppler vibrometry (LDV). Both generations of MEMS resonators are fabricated by nickel electroplating which provides low stress devices. The second part of this thesis focuses on a bioapplication of split ring resonators (SRR) which are comparatively new to the biosensor field. The SRRs matched to 2 GHz resonant frequency will be modeled, fabricated, characterized and then they are used in glucose sensing. The reaction of glucose with glucose oxidase (GOx) enzyme changes the electromagnetic characteristics of the solution sample. Exploiting this property, the effect of reaction time, concentration, position, and volume of the sample on the resonance characteristics of the SRR was studied.
Yaşlıların düşme tespiti ve bilgilendirme sistemi tasarımı
Düşme yaşlı veya hasta kişilerde sıklıkla gözlenen olaylardan biridir. Düşme kimi zaman içsel kimi zaman da dışsal faktörlere dayanarak gerçekleşebilmekle birlikte özelikle yaşlılar açısından sağlıklarını tehdit eden bir özelliğe sahiptir. Yaşlılar açısından düşme ciddi yaralanmaların, iyileşme sürelerinin uzamasının, bir sonraki düşme ihtimalinin artmasının ve ne yazık ki kimi vakalarda ölümlerin gerçekleşmesinin sebebi olarak değerlendirilmektedir. Düşme tüm insanlar açısından benzer özellik göstermekte, psikolojik travma ve çeşitli psikolojik sorunlara sebep olmaktadır. Düşme olayı geçirmiş bir yaşlının bakımı ve tedavisi için yapılması gerekenler öngörülememekle birlikte düşme olayı genellikle hem yaşlı kişinin iş gücü kaybına, hem bakım veya tedavi işlerini gerçekleştiren kişinin iş gücü sarfına hem de her türlü tedavi malzemesi gereksinimine sebep olmaktadır. Yaşlılar çoğu düşme vakalarını önemsememekte, kimi düşme olayları sonucu bilincini yitirmekte ve herhangi bir acil durum dışında geçirdikleri düşme olayını çoğunlukla yakınları ile paylaşmamaktadırlar. Bu sebeple yaşlıların düşme takiplerinin yapılması, onlara gerekli bakımın veya tedavinin zamanında ulaştırılması açısından oldukça önem arz etmektedir. Konumdan bağımsız olarak GSM şebekesinin olduğu her yerde yaşlı kişinin düşmesi halinde coğrafi konum bilgisinin ve postürünün; yaşlı kişinin yakınına veya ilgili kişisine mesaj olarak gönderilmesinin, düşen yaşlıya kısa sürede tedavinin ulaştırılabilmesinin, tedavi ve bakım gereksinimlerinin programlanması bakımından faydalı olacağı düşünülmüştür. Bu bağlamda ihtiyaçların tespit edilmesi ve sistem gereksinimlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Düşme tespiti ve bilgilendirme sistemi tasarımı gereksinimleri için mühendislik kökeni olmayan sağlık alanında uzmanlıkları bulunan kişiler ile görüşülmüş ve tasarımın iyileştirilmesi ve testler konusunda TESODEV ile iş birliği gerçekleştirilmiştir. Giyilebilir cihaz konusunda cihazın kemere takılabilir olmasına veya belde taşımaya uygun olmasına, 100 gramdan hafif olmasına ve mümkün olan en küçük gövde yapısına sahip olmasına karar verilmiştir. Düşme algılamada kullanılacak sensörler için mevcut literatür incelenmiş ve giyilebilir düşme tespit tasarımlarında ivmeölçer, jirometre ve altimetre sensörlerini bir arada kullanan hibrit bir yapıya rastlanılmamıştır. Bunun için bu teze konu olan tasarımda bahsedilen hibrit yapı kullanılmıştır. Elektronik kartın askeri cihaz şok testine dayanıklı ve biyomedikal cihaz EMI/EMC yönetmeliğine uygun olarak tasarlanmasına dikkat edilmiştir. Cihazın elektronik kartının fonksiyonel olarak doğrulanmasının ardından düşme tespit ve bilgilendirme sisteminin temel bileşeni olan düşme algoritmasının test edilmesi için laboratuar ortamında gerekli önlemler alınarak düşme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yaşları 21 ile 32 arasında değişen 40 kişi ile kişi başına 25 olmak üzere toplam 1000 deney uygulanmıştır. Deney sonuçları karışıklık matrisi yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Deney sonucuna göre hibrit yapının düşme tespit duyarlılığının %89.8, kesinliğinin %83.9 ve hata oranının %23.4 olduğu hesaplanmıştır. Sonuç olarak düşme tespiti konusunda cihazın duyarlılığının yüksek oluşu cihazın oldukça ümit vaat edici olduğunu göstermektedir. Cihaz iyileştirilmesi, cihaz ile birlikte çalışacak olan akıllı telefon yazılımın geliştirilmesi, cihaz güç tüketiminin daha da aşağı çekilmesi tüm bunlara ek olarak düşük maliyetli kolay ulaşılabilir ticari ürün olabilmesi için de çalışmalara devam edilmektedir.
Nanomateryal bazlı mikro-katı faz ekstraksiyonu ile önderiştirme yapılmıģ çeşitli numunelerin HPLC-MS/MS analizleri ve biyosensör tasarımları
Bu tez çalıĢmasında karbon nanomateryeller yardımı SPME için bir cihaz tasarlanarak, idrar numunelerinde bazı antienflamatuar- analjezik ilaç etken maddelerinin (Ketoprofen, Naproksen, Nimesulid, Tolfenamik asit, Diklofenak önderiĢtirilerek analiz edilmesi için LC-MS/MS kullanılarak yeni bir yöntem geliĢtirilmesi ve NSAID etkili maddeler (Fluniksin ve MFA) için biyosensör geliĢtirilmesi amaçlanmıĢtır. SPME az miktarda organik çözücü ile gerçekleĢtirilebilmesinden dolayı çevreci bir yöntemdir. Literatürde yer alan diğer yöntemlere kıyasla bu yöntemle hazırlanan numuneler matriks etkisini azaltılmasının yanı sıra önderiĢtirilmiĢ olduğundan çok düĢük alt tayin sınırında analiz gerçekleĢmesini mümkün kılabilmektedir. Bu amaçla çalıĢmanın ilk kısmında bucky paper kullanılarak yapay idrar örnekleri pH, karıĢtırma süresi ve çözelti hacmi gibi parametreler açısından optimize edilmiĢtir. 12 saat karıĢtırma süresi pH 6,2 ve 50 mL hacim optimum koĢullar olarak belirlenmiĢtir ve yöntem valide edilmiĢtir. Elde edilen sonuçlara göre en düĢük alt tayin değerleri Ketoprofen, Naproksen, Nimesulid, Tolfenamik asit, Diklofenak için sırasıyla 0,026; 0,035; 0,025; 0,031; 0,031 ve 0,025 ng/mL‟dir; kılavuzdaki kriterleri karĢılamaktadır. Tez çalıĢmamız kapsamında MFA ve fluniksin maddeleri için DNA etkileĢiminin araĢtırılması amacı ile uygun bir HPLC yöntemi geliĢtirilmiĢtir. Yöntem farklı kolonlar, hareketli fazlar ve akıĢ hızları denenerek optimize edilmiĢtir. GeliĢtirilen yöntem valide edilmiĢtir ve yapılan çalıĢmalarda her iki maddenin de DNA ile etkileĢimi olmadığı sonucuna varılmıĢtır.
Mikrobiyal biyosensörler ile sulu ortamlardaki ağır metallerin tespiti
Biyosensörler, su kalitesi ve ağır metal tespiti için HPLC ve spektroskopik yöntemler gibi geleneksel analitik tekniklere güçlü alternatiflerdir. Ağır metallerle kirlenmiş sular, mikrobiyal biyosensörler tarafından verimli bir şekilde izlenebilir. Bu amaçla yeni izole edilen Stenotrophomonas maltophilia ve Pseudomonas marincola. su kalitesinin izlenmesi için oldukça hassas, düşük maliyetli bir mikrobiyal biyosensör geliştirmek için kullanılmıştır. Çalışmanın amacı, sulu çözeltilerdeki ağır metalleri belirlemek ve çalışma koşullarını optimize etmek için yeni, oldukça hassas, düşük maliyetli mikrobiyal biyosensörlerin geliştirilmesidir. Çalışma, Stenotrophomonas maltophilia sensörünün 1x10−8 M ile 6x10−8 M (0.01-0.06 µM) arasında bir lineer aralıkta bulunduğunu ve en düşük tespit limitinin 10−9 M (0.001 µM) olduğunu gösteriyor. Pseudomonas marincola. sensör 1x10−8 M ile 8x10−8 M (0.01-0.08 µM)arasında lineer bir aralıkta, en düşük saptama sınırı 10−9 M (0.001 µM) ile bulundu. Optimum ön konsantrasyon süresi ve tarama hızı her iki sensör için 10 dakika ve 10 mV/s olarak ölçüldü. , sırasıyla. Sonuçlar yeni izole edilen Stenotrophomonas maltophilia ve Pseudomonas marincola'nın sulu çözeltilerdeki eser miktardaki Pb+2 miktarını belirlemede önemli bir potansiyele sahip olduğunu desteklemektedir. Tasarlanan düşük maliyetli biyosensör, Elektrokimyasal yanıt için herhangi bir aracı veya Screen Printed Elektrot (SPE) yüzeyine tutturulmak için fiksatör gerektirmez. Canlı hücreler, laminar flow koşullarında fazla çaba harcamadan yüzeye sabitlenebilir. Tasarlanan biyosensör, ilk adımdan son aşamaya kadar 30 dakikadan daha kısa sürede hazırlanabilmekte ve Pb'yi tespit edebilmektedir.
Spermin ve spermidin tayini için (biyo)sensör geliştirilmesi
Bu çalışmada, spermin ve spermidin tayini için Co3O4 nanopartikül ve karboksilli ve karboksilsiz çok duvarlı karbon nanotüp (c-MWCNT ve MWCNT) ile modifiye edilmiş perde baskılı karbon elektrotlar (SPE) üzerine diamin oksidaz (DAO) enziminin immobilize edilmesi ve yüzeyin nafyon (NF) ile kaplanmasıyla amperometrik enzim biyosensörleri geliştirildi. Elektrodun modifikasyonunda kullanılan Co3O4 nanopartikül ve çok duvarlı karbon nanotüp miktarları merkezi kompozit tasarım ile optimize edildi. En uygun DAO enzim miktarı 0,005 U bulundu. Hazırlanan biyosensörler için optimum çalışma koşulları ve performans faktörleri belirlendi. NF/DAO/c-MWCNT- Co3O4NP/SPE biyosensörünün duyarlığı spermin için 51,6 µA/mM ve spermidin için 15,7 µA/mM, doğrusal çalışma aralığı spermin için 1,2×10-6˗2,6×10-4 M ve spermidin için 1,9×10-6˗1,8×10-3 M, gözlenebilme sınırı spermin için 4,4×10-7 M ve spermidin için 1,6×10-6 M olarak belirlendi. Çalışmada ayrıca Prusya mavisi medyatörü kullanılarak NF/DAO/MWCNT-Co3O4NP-PM/SPE biyosensörü de tasarlanarak daha düşük çalışma potansiyelinde seçiciliğin artırılması ve benzer türlere yönelik girişim etkilerinin azaltılması hedeflendi. NF/DAO/MWCNT-Co3O4NP-PM/SPE biyosensörünün duyarlığı spermin için 11,2 µA/mM ve spermidin için 9,7 µA/mM, doğrusal çalışma aralığı spermin için 5,0×10-6˗1,5×10-4 M ve spermidin için 1,2×10-6˗8,4×10-5 M, gözlenebilme sınırı spermin için 4,2×10-6 M ve spermidin için 1,7×10-6 M olarak gözlendi. Ayrıca NF/DAO/c-MWCNT-Co3O4NP/SPE biyosensörü ile malt içeceğinde spermin için %(100,5 ± 1,7) ve spermidin için %(100,8 ± 1,9) geri kazanım ile tayin yapılabildiği görüldü.
Lizozimin hassas ve seçici tayinine yönelik aptamer temelli elektrokimyasal biyosensörlerin hazırlanması ve uygulamaları
Bu tez çalışması kapsamında gıda alerjeni olan lizozimin (Lyz) hassas ve seçici tayini için MIP-Apt temelli elektrokimyasal bir biyosensör geliştirilmiştir. Lyz, gıda endüstrisinde inceltici ve antibakteriyel ajan olarak kullanılır. Lyz duyarlı bireyler için risk oluşturan bir alerjendir. Aynı zamanda birçok hastalığın teşhisinde biyobelirteç olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında hem gıda endüstrisinde hem de medikal alanda önemli bir yere sahip olan Lyz alerjeninin tayini, grafen oksit (GO) ve altın nanopartikül (AuNP) ile modifiye edilen perde baskılı grafik elektrotlar (AuNP/GO/SPE) ile yapılmıştır. Hazırlanan biyosensörde hem aptamer (Apt) biyobileşeninin hem de moleküler baskılı polimer (MIP) teknolojisinin avantajlarından yararlanılmıştır. Elde edilen MIP-Apt/AuNP/GO/SPE sensör yüzeyi üzerinde diferansiyel puls voltametrisi (DPV), dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) ile yapılan tüm ölçümlerde Fe(CN)63-/4- redoks probu kullanılmıştır Sensörün yüzey karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskopisi (AFM), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), CV, DPV ve EIS yöntemleri kullanılarak yapılmıştır. Geliştirilen sensör ile Lyz tayini gerçekleştirilmiştir. Uygun koşullar altında doğrusal çalışma aralığı 0,001-100 pM, gözlenebilme sınırı (LOD) 0,00367 pM ve alt tayin sınırı (LOQ) 0,012 pM olarak belirlenmiştir. Biyosensörün seçicilik, tekrarlanabilirlik, tekrar üretilebilirlik ve depolama kararlılığı parametreleri incelenmiştir. Gerçek örnekler üzerinde yapılan uygulamalarda yerel marketten alınmış vişne suyu, karışık meyve suyu ve kırmızı şarap örnekleri kullanılmış ve %geri kazanım değerleri hesaplanmıştır.
Süt ineklerinde sensör teknolojileri kullanılarak buzağılama zamanı tahmin modelinin geliştirilmesi
Sunulan tez çalışmasının amacı; Holstein ırkı ineklerde prepartum dönemde gözlenen fizyolojik ve davranışsal değişimlerin sensör teknolojileri kullanılarak tespit edilmesi ve bu verilere dayanarak doğum zamanı tahmin modellerinin geliştirilmesidir. Bu amaçla, prepartum 1-2 haftalık dönemi incelemek amacıyla Holstein ırkı multipar inekler (n=28) kullanıldı. Gebe ineklere sıcaklık, basınç, iletkenlik ve ivmeölçer sensörler bulunan vajinal cihaz ve ruminasyon ölçümü içim ivmeölçer sensör içeren kulak küpesi takılmıştır. Intravajinal cihaz, vulva bölgesinin %10 povidon iyot çözeltisi ile antisepsisi sağlandıktan sonra yardımcı bir aparat yardımıyla anterior vajinaya yerleştirilmiştir. Vajinal cihaz 2,33 dakikada bir, ruminasyon sensörü 20 dakikada bir veri göndermiştir. Elde edilen veriler veri tabanı sisteminde depolanarak saklanmıştır. Gerçek zamanlı izleme sistemi ile birlikte hayvan davranışları gözlenmiştir ve tüm doğumlar sonrasında doğum kolaylığı, ölü doğum skorlaması, buzağı vigor skorlaması yapılmıştır. Doğumun 2. aşamasının başlamasıyla birlikte koryoallantoik kesenin patlaması ve düzenli abdominal kontraksiyonlar cihazın vajinadan çıkışını sağlamıştır. Vajinal cihazın dış ortama atılmasıyla birlikte sıcaklıkta meydana gelen düşüş jsp dosyasında tespit edilerek vajinal cihazın düşme zamanı ve anlık kamera kayıtlarının incelenmesi ile doğum zamanı belirlenmiştir. Elde edilen verilerin işlenmesiyle birlikte prepartum 1-2 haftalık dönem incelendiğinde, son 20-24 saatlik dönem dışında saatlik ortalama vajinal sıcaklık değerinin 39,0-39,2 °C arasında günlük diürnal ritme uygunluk gösterdiği belirlenmiştir. Aktiviteölçer sensör (G sensörü) ile vajinal ortamdan alınan ölçümler sonucunda, saatlik toplam aktivite verilerin dağınık bir yapı gösterdiği, gün içerisinde değişen derecelerde artış/azalış gösterdiği ve doğuma yakın zamanda spesifik bir değişim göstermediği gözlenmiştir. Günlük ortalama aktivite verileri incelendiğinde ise, doğumdan 24 saat öncesinde hafif bir aktivite artışı gözlenmiştir. Günlük ortalama iletkenlik değerleri, aktivite verilerine benzer şekilde bir eğilim göstermektedir. Doğumdan 24 saat öncesinde günlük ortalama iletkenlik değerlerinde ılımlı bir azalma belirlenmiştir. Basınç sensöründen elde edilen verilerle kamera görüntülerinin eşleştirilmesi sonucunda, yatma durumunda basınç verilerinde ortalama 20-30 mbar artış gözlendiği ve bu değişim sayesinde yatma ve kalkma davranışlarının ayırt edilebildiği belirlenmiştir. Basınç verilerine göre prepartum 4 günlük süre boyunca günlük ortalama ayakta durma ve yatıp kalkma sıklığı davranışında kademeli bir artış gözlenirken, ortalama yatma süresi ve bir yatma periyodu süresince geçirilen ortalama zaman sürelerinde kademeli bir azalma belirlenmiştir. Sonuç olarak, sensör teknolojileri kullanılarak buzağılama gibi ekonomik değeri olan rutin uygulamaların kolaylaştırılması mümkün olabilmektedir. Tek sensör kullanımı yerine kombine sistemlerin tercih edilmesinin başarı oranını artıracağı düşünülmektedir.
Prunus domestica (yeşil erik) ekstresi ile elde edilen gümüş nanoparçacıkların kolorimetrik sensör uygulamalarında incelenmesi
Gümüş nanoparçacıkların biyomedikal alandaki kullanımı, fizikokimyasal özelliklerine ve biyouyumluluğuna bağlıdır. Yeşil erik, gümüş nanoparçacıkların yeşil sentezinde nadiren kullanılır. Bu çalışmada, yeşil erik kullanılarak çevre dostu bir yöntemle 170±20 nm boyutunda gümüş nanoparçacıklar sentezlenmiştir. Gümüş nanoparçacıklar, yüzey plazmon rezonansı (LSPR) özellikleri sayesinde ağır metal iyonlarıyla etkileşimini inceleyen kolorimetrik sensör sisteminde algılayıcı olarak kullanılmaktadır. Su kaynaklarından insan vücuduna giren civa, nörolojik hasarlara, bağışıklık sistemi sorunlarına ve üreme sağlığı üzerinde olumsuz etkilere neden olabilir. Ayrıca, uzun süreli maruziyet hafıza kaybı ve davranış değişikliklerine yol açabilir. Yapılan incelemeler sonucunda, sistemin Hg2+ iyonuna özgü yanıt verdiği ve renk değişikliklerinin çıplak gözle ve UV-Vis Spektrofotometresi ile izlendiği gözlemlenmiştir. Sisteme ait lineer bir kalibrasyon eğrisi (y=0,0003x+0,0128, R2=0,9156) ve LOD ve LOQ değerleri sırasıyla 15.07 μM ve 49,73 μM olarak bulunmuştur. Kolorimetrik sensör sistemi, gerçek sistemlerde test edilmiş ve elde edilen geri kazanım oranları deniz suyunda %93,4, içme suyunda %97,2, ve çeşme suyunda %98,4 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular, yeşil erik ekstresi ile sentezlenen gümüş nanoparçacıkların potansiyel biyolojik özelliklerini ve düşük konsantrasyonlarda dahi etkili olabildiğini göstererek, su kaynaklarında civanın tespitinde kolay uygulanabilir bir ölçüm tekniği olduğunu göstermektedir.
Organofosfor pestisitler için karbon kuantum nokta esaslı floresan sensörün geliştirilmesi
Bu tezde, organofosfor pestisitlerin tespiti için karbon kuantum nokta (CQD) esaslı floresan sensörün geliştirilmesi amaçlanmıştır. Malatiyon, glifosat, fenamifos ve fosetil-Al, tarımda yaygın olarak kullanılan pestisitler olup, insan sağlığı ve çevre üzerinde önemli riskler taşımaktadır. Geleneksel analiz yöntemleri yüksek maliyetli ve zaman alıcı olduğundan, bu pestisitlerin hızlı, hassas ve düşük maliyetli tespitine yönelik yeni yöntemlerin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu bağlamda, CQDs'in floresan özellikleri, çevresel izleme ve gıda güvenliği açısından umut verici bir çözüm sunmaktadır. Çalışmada, CQDs'in yüzey modifikasyonu ile işlevselleştirilmesi yoluyla pestisitlerin seçici ve hassas tespitine yönelik sensörler tasarlanmıştır. Sonuçlar, CQDs bazlı floresan sensörlerin bazı pestisitler için yüksek duyarlılık ve seçicilik sağladığını göstermiş, bu da onların pestisit kalıntılarının izlenmesi ve çevresel kirliliğin kontrol altına alınması için potansiyel bir araç olduğunu ortaya koymuştur.
Bazı kanser biyobelirteçlerinin erken tanısı için nanotel temelli biyosensörlerin hazırlanması
Amaç: Bu çalışma, kanser biyobelirteçleri olan musin 1 (MUC1) ve nöron spesifik enolazın (NSE) tayini için nanotel temelli nanobiyosensörlerin geliştirilmesi amacıyla yapılmıştır. Materyal ve Yöntem: MUC1 ve NSE tayini için sırasıyla Pt/Au/PPy-COOH ve Ni/PANI/Au nanotelleri sentezlenmiş, karakterizasyonları yapılmış ve SPE elektrotların modifikasyonunda kullanılmıştır. Hazırlanan her iki nanobiyosensörün analitik performansı incelenmiş ve ticari insan serum örneklerinde kullanılabilirliği gösterilmiştir. Bulgular: MUC1 tayini için hazırlanan nanobiyosensör için doğrusal çalışma aralığı 20-3000 fg/mL, LOD değeri 0.244 fg/mL ve LOQ değeri 0.815 fg/mL olarak bulunmuştur. NSE tayini için hazırlanan nanobiyosensör 20-2500 fg/mL doğrusal bir çalışma aralığına sahip olup, düşük LOD (0.461 fg/mL) ve düşük LOQ (1.538 fg/mL) değerleri sunmuştur. Hazırlanan nanobiyosensörlerin, MUC1 ve NSE tayini için başarılı bir şekilde kullanılabildiği görülmüştür. Sonuç: Pt/Au/PPy-COOH ve Ni/PANI/Au nanoteller ile hazırlanan nanobiyosensörlerin MUC1 ve NSE tayininde başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür.
Nöraminidaz ve hemaglutinin temelli elektro-nano diyagnostik platformlar: ınfluenza ve kanser tanısına yönelik model sistemlerin geliştirilmesi
Bu doktora tezinde, kanser hücreleri ve Influenza A virüsü tanısına yönelik nöraminidaz (NEU3) ve hemaglutinin (H) temelli elektrokimyasal model tanı sistemleri geliştirilmiştir. Çalışma iki bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde, kanser tanısına yönelik NEU3 temelli elektrokimyasal model biyosensörün geliştirilmesi amacıyla altın yüzey baskılı elektrot (AuSPE) Grafen-Platin hibrit nanomalzeme ile modifiye edilmiş ve ardından bir kanser biyobelirteci olan NEU3 ile spesifik olarak etkileşim sağlayan sialik asit (SA) kaynağı GD3 gangliositi elektrot yüzeyine immobilize edilmiştir. Ortamda bulunan NEU3 elektrot yüzeyindeki GD3 gangliositini SA uçlarından kestiğinde açığa çıkan galaktozların Fıstık aglutinin (PNA) Lektine spesifik olarak bağlanması üzerinden dolaylı olarak NEU3 tayini gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen model sistemin örnek denemesi için HeLa kanser hücre hattı kullanılmıştır. Tüm elektrokimyasal ölçümler elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise, Influenza A tanısına yönelik anti-H temelli iki farklı elektrokimyasal model immunosensörü geliştirmek için model olarak H1N1 ve H3N2 inaktif virüsleri kullanılmıştır. H1N1 inaktif virüsü belirlenmesi amacıyla, çok duvarlı karbon nanotüp-altın-platin hibrit nanopartikülü ile modifiye edilmiş AuSPE yüzeyine anti-H1 antikorları immobilize edilmiştir. Diğer yandan, H3N2 inaktif virüsü belirlenmesi amacıyla, Grafen-Altın hibrit nanopartikülü ile modifiye edilmiş AuSPE yüzeyine anti-H3 antikorları immobilize edilmiştir. Geliştirilen Influenza model immunosensörleri H1N1 ve H3N2 inaktif virüsleri inkübe edildikten sonra anti-H1 antikoru ile H1N1 ve anti-H3 antikoru ile H3N2 arasındaki spesifik etkileşim EIS ile incelenmiştir. Sentetik tükürük içerisine standart H1N1 ve H3N2 virüsleri katımı yapılarak, serum matriks etkisi incelenmiştir.