Nanolif esaslı yüzey baskılı elektrotların hazırlanması ve biyosensör uygulamaları

Biyolojik ve biyokimyasal süreçler; klinik teşhisler, tıbbi uygulamalar, biyoreaktörler, gıda kalite kontrolü, tarım, endüstriyel atık su kontrolü, madencilik ve savunma sanayisinde çok önemli bir role sahiptir. Ancak, biyolojik verilerin ölçülebilir sinyale dönüştürülmesi oldukça zaman alıcı bir süreçtir. Bu bağlamda biyosensörler geniş bir şekilde araştırılmış olup, yüksek hassasiyet, seçicilik ile ölçüm yapabilen biyosensörlere olan ilgi ve ihtiyaç hızla artmaktadır. Son yıllarda yapılan çalışmalar, düşük maliyetli, minyatürleştirilmeye uygun ve seri üretimi kolay olan yüzey baskılı elektrotların (YBE'lerin), yeni elektrokimyasal algılama platformları geliştirmek ve performanslarını iyileştirmek için geleneksel elektrotlara güçlü bir alternatif oluşturduğunu göstermiştir. Güvenilir ve hassas bir biyosensörün geliştirilmesinde anahtar faktörlerden biri biyoreseptörlerin immobilizasyonu için uygun bir matris hazırlanmasıdır. Son yıllarda yapılan çalışmalar, nanolif içeren matrislerin kullanımının geniş yüzey alanına sahip olmaları sebebi ile biyosensör performansına olumlu yönde etki ettiğini göstermiştir. Bu matrisler arasında poliakrilonitril (PAN) nanolifleri sahip olduğu yüksek çekme dayanımı, termal ve mekanik stabilite, çözünme ve organik çözücülerde şişmeye karşı direnç gösterme gibi özellikleri nedeniyle öncü bir rol oynamıştır. Ayrıca, enzimin aktif merkezi ile elektrot yüzeyi arasındaki elektron transferini geliştiren ve medyatör olarak adlandırılan maddelerin yapıya dahil edilmesinin de biyosensör performansına olumlu yönde katkı sağladığı bilinmektedir. Bu bilgilerden yola çıkarak bu tez çalışmasında medyatör içeren nanolifler, yüzey baskılı ve geleneksel elektrotlar kullanılarak, yüksek duyarlılığa sahip yeni nesil biyosensörlerin üretilmesi amaçlanmıştır. PAN, PAN-MWCNT, Naylon 6-MWCNT, PAN/Metilen Mavisi, PAN/Nötral Kırmızı ve PAN/Tiyonin nanoliflerinin ucuz, basit yöntemler ile elde edilmesi ve amperometrik biyosensörlerde matris olarak kullanılmaları hedeflenmiştir. Elektro-eğirme yöntemi ile hazırlanan bu matrisler ile Glikoz oksidaz, Üreaz ve Polifenol oksidaz temelli biyosensörler hazırlanmış ve duyarlılık, ölçüm aralığı, kararlılık, tespit sınırı, girişim etkisi ve gerçek numune analizi açısından değerlendirilmiştir. Gerçek numune analizlerinde glikoz biyosensörleri için ticari meyve suları, polifenol biyosensörleri için musluk suyu ve üre biyosensörleri için ise insan idrarı örnekleri kullanılmıştır. Glikoz oksidaz temelli biyosensörler arasında, Tiyonin (TH) içeren ancak iletken bir nanoparçacık ilavesine (MWCNT) ve elektrokimyasal polimerizasyona ihtiyaç duyulmadan hazırlanan YBCE/PAN-TH-Nfs/GOx biyosensörünün 126,73 μA/mM.cm2 ile en yüksek duyarlılığa sahip olduğu bulunmuştur. Fenolik bileşiklerin analizi için tasarlanan polifenol biyosensörlerinde ise Pt/PAN-MWCNT-NFs/PPO biyosensörünün katekol, p-klorofenol ve fenol için elde edilen duyarlılık değerleri sırasıyla, 366 μA/mM.cm2, 25 μA/mM.cm2 ve 14,66 μA/mM.cm2 olarak hesaplanmıştır. Son olarak üre biyosensörü için elde edilen duyarlılık değeri 325,74 μA/mM.cm2 olarak belirlenmiştir. Tez çalışması kapsamında hazırlanan biyosensörler literatürdeki diğer çalışmalar ile kıyaslandığında medyatör ve nanolif temelli matris kullanımın enzim biyosensörlerinin performansına olumlu etki yaptığı belirlenmiştir.