Elektrokimyasal ve fotoelektrokimyasalbiyosensör sistemlerinin geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında, biyolojik açıdan önemli olan glukoz, hidrojen peroksit, ksantin oksidaz elektrokimyasal ve fotoelektrokimyasal olarak ölçülmüştür. Materyallerin sentezinde mümkün olduğunca yeşil kimya esaslı, ucuz ve basit prosedürler kullanıldı. Elektrokimyasal biyosensör, tannik asit yardımıyla indirgenmiş grafen oksit ve Au nanopartiküllerinden oluşturuldu. Fotoelektrokimyasal biyosensör sistemlerinde ise farklı yarı iletkenler (TiO2, MoS2, g-C3N4, Co3O4, CdS: Mn, MnO2, Cu2O) ve ışığa karşı daha fazla duyarlılaştırmak için Th-T boyası ve rutenyum kompleksleri kullanıldı. Deneysel çalışmalarda, Au nanopartiküllerinin ve karbon esaslı materyallerin (karbon nanotüp, indirgenmiş grefen oksit) elektrot kaplama malzemesinin içine katılmasıyla elektriksel ilerkenliğin yükseldiği ve fotoelektrokimyasal sistemlerde fotoakımın yükseldiği gözlemlenmiştir. Porlu yarı iletkenlerin daha fazla enzim immobilizasyonuna neden olduğu, daha fazla aktif noktalar barındırdığı ve üstün ışık kullanımıyla fotoakım değerlerini artırdığı belirlenmiştir. Yarı iletken esaslı ters opal fotonik kristal yapılarda ve nanotüplerde yavaş ışık etkisi kullanılarak luminol kemilüminesansı gibi düşük şiddetli ışık kaynaklarında dahi üstün fotoakımlar elde edildi. Son olarak fotoelektrokimyasal bir biyoyakıt hücresi tipi biyosensör sistemi kullanılarak elde edilen güç yoğunluklarından glukoz ölçümü başarıyla gerçekleştirildi. Fotoelektrokimyasal biyosensör sistemleri, hem ışığı hem de elektriği kullandığı için istenmeyen arka plan gürültüsünü azaltarak duyarlılığı artırır. Fotoelektrokimyasal biyosensörlerin elektrokimyasal biyosensörlere karşı diğer bir üstünlüğü ise 0 potansiyelde ölçümlere olanak sağlamasıdır. Bu durumda bir dış güç kaynağına ihtiyaç duymadan düşük girişim etkisiyle analit ölçümleri yapılabilir. En parlak biyosensör sistemi fotonik kristallerin kullanılmasıyla elde edildi. Fotonik kristallerde gerçekleşen yavaş ışık etkisiyle zayıf kemilüminesans ışıması altında bile tatmin edici doğrulukla analit ölçümleri gerçekleştirildi. Ayrıca elde edilen kemilüminesans şiddeti analit miktarıyla orantılı olduğundan, biyosensör sistemindeki gürültü mümkün olabilecek en düşük seviyeye inmiştir.