Sürdürülebilir ve güvenli tarım için siyanobakteri toksinlerinin elektrokimyasal biyosensörlerle tayini

Günümüzde artan çevresel kirlilik ve iklim değişikliğinin etkileri, su kaynaklarında siyanobakterilerin çoğalmasını tetiklemektedir. Bu artış, silindrospermopsin (CYN) ve saksitoksin (STX) gibi tehlikeli siyanotoksinlerin birikimine yol açmaktadır. Karaciğer ve sinir sistemi üzerinde ciddi toksik etkilere sahip olan bu bileşikler, yüzey sularında birikerek insan sağlığı ve çevre için önemli bir risk oluşturmaktadır. Bu tez kapsamında, kalem grafit elektrot (PGE) temelli elektrokimyasal biyosensörler geliştirilmiş; sularda bulunan siyanotoksinler yüksek hassasiyetle tayin edilmiş ve bu sayede çevre sağlığına duyarlı, sürdürülebilir tarım uygulamalarına katkı sağlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, PGE yüzeyine immobilize edilen çift sarmallı DNA ile CYN ve STX etkileşimi elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile analiz edilmiştir. Optimize edilen PGE/DNA sistemi, CYN ve STX için sırasıyla 0,12 ng mL⁻¹ ve 0,043 ng mL⁻¹ tespit sınırlarına ulaşmıştır. FTIR, UV-Vis ve XPS analizleri ile siyanotoksinlerin DNA üzerindeki genotoksik etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir. CYN'nin seçimli tayinine yönelik olarak geliştirilen dört farklı biyosensör sisteminden birincisi, PGE yüzeyine CYN'ye özgü aptamerin (cynApt) immobilize edilmesiyle oluşturulmuştur. Bu sistemde EIS yöntemiyle deiyonize suda 0,78 ng mL⁻¹, göl suyunda ise 0,97 ng mL⁻¹ tayin sınırına ulaşmıştır. Sensör, okadaik asit ve saksitoksin gibi benzer toksinlerin varlığında da yüksek seçimlilik göstermiştir. İkinci sistemde, PGE yüzeyi iletkenliği artırmak amacıyla poli(3,4-etilendioksitiyofen):polistiren sülfonat (PEDOT:PSS) ile modifiye edilmiş, ardından cynApt immobilize edilmiştir. PGE ve PGE/PEDOT:PSS elektrotların elektrokimyasal karakterizasyonu döngülü voltametri (CV) yöntemiyle gerçekleştirilmiş olup mikroskobik karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Bu sensör, diferansiyel puls voltametrisi (DPV) ile analiz edilmiş ve CYN için 0,16 ng mL⁻¹ (deiyonize su) ve 0,23 ng mL⁻¹ (göl suyu) tayin sınırlarına ulaşmıştır. PEDOT:PSS modifikasyonu, yüzey alanını ve elektron transfer kapasitesini artırarak en düşük tayin sınırına ulaşan yapı olmuştur. Üçüncü sensör sisteminde, PGE yüzeyine poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) ile elektropolimerizasyon yöntemiyle kaplanmış ve üzerine cynApt immobilize edilmiştir. Elektrokimyasal karakterizasyon CV ve EIS, mikroskobik karakterizasyon ise SEM ile gerçekleştirilmiştir. CV yöntemiyle gerçekleştirilen analizlerde 0,23 ng mL⁻¹ (deiyonize su) ve 0,27 ng mL⁻¹ (göl suyu) tayin sınırlarına ulaşmıştır. PEDOT, yüzey homojenliği ve iletkenliği ile istikrarlı sonuçlar vermiştir. Son olarak, dördüncü sensör sisteminde polipirol (PPy) ile elektropolimerizasyon yöntemiyle kaplanan PGE yüzeyine cynApt immobilize edilmiştir. Elektrokimyasal karakterizasyon CV ve EIS, mikroskobik karakterizasyon ise SEM ile gerçekleştirilmiştir. EIS tekniğiyle analiz edilen bu sistem, 0,18 ng mL⁻¹ (deiyonize su) ve 0,24 ng mL⁻¹ (göl suyu) değerleriyle PEDOT:PSS ile rekabetçi bir sonuç vermiştir. Tez kapsamında, CYN ve STX'in DNA üzerine etkisinin elektrokimyasal olarak aydınlatılmış, ayrıca CYN'nin hızlı, güvenilir ve yüksek hassasiyetle tespiti için elektrokimyasal biyosensör platformları geliştirilmiştir. Geliştirilen biyosensörler, düşük maliyetli, tek kullanımlık olmalarının yanı sıra göl suyu gibi çevresel örneklerde ppb düzeyinde CYN tayinine olanak tanımaktadır. PGE üzerinde iletken polimer/aptamer kombinasyonlarıyla siyanotoksin tayini gerçekleştirilerek, su kalitesinin izlenmesi için yenilikçi, güvenilir, etkili ve uygulanabilir alternatifler sunulmaktadır.