Mikotoksin tayini için aptamer temelli biyosensörlerin geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında, gıda güvenliğinde ciddi risk oluşturan mikotoksinlerden patulin (PAT)'in güvenilir, hızlı ve seçici tayini amacıyla aptamer temelli elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Mikotoksinler, özellikle meyve ve meyve ürünlerinde sıklıkla rastlanan, insan ve hayvan sağlığını tehdit eden toksik bileşiklerdir. PAT'ın, başta elma ve elma suyu olmak üzere çeşitli gıda maddelerinde sınır değerin üzerinde bulunması, yeni ve etkili analiz yöntemlerinin geliştirilmesini zorunlu kılmıştır. Bu bağlamda, aptamerler gibi sentetik biyo-tanıma elemanlarının kullanıldığı biyosensörler hem özgüllük hem de hassasiyet bakımından geleneksel analiz yöntemlerine önemli avantajlar sunmaktadır. Çalışma kapsamında, biri yapısal anahtarlama mekanizmasına sahip ve metilen mavisi ile işaretli aptamer kullanılan kare dalga voltametrisi (SWV) temelli, diğeri ise tiyol ile fonksiyonelleştirilmiş aptamerin kullanıldığı impedimetrik (EIS) temelli olmak üzere iki farklı sensör platformu tasarlanmış ve optimize edilmiştir. Elektrot yüzeyleri, altın kaplama ve uygun kimyasal modifikasyonlarla fonksiyonelleştirilerek aptamerlerin yüksek verimle immobilizasyonu sağlanmıştır. Optimal immobilizasyon parametreleri, Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM) ile istatistiksel olarak belirlenmiştir. Her iki sensörün analitik performansı, tampon çözeltilerde ve elma suyu gibi gerçek gıda örneklerinde kapsamlı olarak değerlendirilmiştir. SWV tabanlı yapısal anahtarlama sensöründe, 0,5–5 ng/mL doğrusal aralıkta çalışılmış, kalibrasyon doğrusu i=0,783x+1,649 (R²=0,99) olarak bulunmuştur. Bu platformda LOD (Tespit Sınırı) 0,33 ng/mL, LOQ (Kantitatif Sınır) ise 1,0 ng/mL olarak hesaplanmıştır. Duyarlılık 0,783 kΩ/(ng/mL) olarak belirlenmiştir. Elde edilen bu değerler, mevcut literatürde rapor edilen birçok aptasensörden daha üstün veya karşılaştırılabilir düzeydedir. İmpedimetrik sensörde ise 0,5–10 ng/mL doğrusal aralıkta çalışılmış, LOD 0,45 ng/mL, LOQ ise 1,35 ng/mL olarak tespit edilmiştir. Ayrıca bu sensörde elde edilen kalibrasyon doğrusu yüksek lineerlik göstermiştir (R²>0,98). Seçicilik testlerinde hem SWV hem de EIS tabanlı platformlarda PAT ile yapısal olarak benzer mikotoksinler olan zearalenon (ZEA) ve okratoksin A (OTA-A)' nın varlığında sensör çıkışlarında belirli oranlarda artış gözlenmiştir. EIS platformunda ZEA için %26,7 ± 11,7, OTA için %16,1 ± 6,9 oranında pozitif sinyal kayması saptanırken, SWV tabanlı platformda bu girişim oranları daha düşük bulunmuştur. Bu sonuçlar, özellikle aptamer dizilimi ve uç modifikasyonunun, mikotoksinler arası çapraz etkileşim üzerinde önemli etkisi olduğunu göstermektedir. Geliştirilen sensörlerin elma suyu gibi gerçek örneklerde uygulanabilirliği de test edilmiş ve yüksek geri kazanım (%91–104) ile düşük bağıl standart sapma (RSD<%8) değerleri elde edilmiştir. Her iki sensör de depolama süresince (raf ömrü testi) iki haftalık periyotta %90'ın üzerinde performans sergilemiştir. Çalışmanın en önemli çıktılarından biri, farklı elektrokimyasal yöntemlerin (SWV ve EIS) ve aptamer modifikasyonlarının (MB ve SH) hem sinyal amplifikasyonu hem de seçicilik üzerinde farklı avantaj ve sınırlılıklar getirdiğinin ortaya konmasıdır. Metilen mavisi etiketli yapısal anahtarlama sensörü, daha yüksek sinyal amplifikasyonu ve düşük LOD değerleri sunarken, impedimetrik sensör, yüksek seçiciliği ve stabilitesiyle öne çıkmaktadır. Ayrıca her iki platform, gıda güvenliğinde sahada hızlı ve düşük maliyetli analiz yapma potansiyeli göstermektedir. Gelecekte, sensör platformlarının çoklu mikotoksin tespitine uyarlanması, yeni nesil nanomateryallerle modifikasyon ve aptamer diziliminde in silico optimizasyon ile daha yüksek performanslı biyosensörlerin geliştirilmesi mümkündür. Bu çalışma hem temel hem de uygulamalı analizlerde aptamer temelli biyosensörlerin özgün katkısını ve inovatif yönlerini vurgulamaktadır.