Development of a molecularly imprinted polymer-based electroanalytical sensor for the determination of the nonsteroidal anti-inflammatory drug active ingredient tenoxicam in pharmaceutical forms and serum samples
Nonsteroidal antienflamatuar ilaç etken maddesi tenoksikamın farmasötik formlardan ve serum örneklerinden tayini için moleküler baskılı polimer tabanlı elektroanalitik sensör geliştirilmesi
- Tez No: 1016050
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL GÖLCÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Farmasötik bileþiklerin dünya genelinde artan tüketimi, bu maddelerin çevresel sistemlere sürekli ve kontrolsüz bir þekilde salýnmasýna neden olmuþ ve bu durum özellikle sucul ekosistemler açýsýndan ciddi çevresel sorunlarý beraberinde getirmiþtir. Günümüzde farmasötik kalýntýlarýn yüzey sularý, yeraltý sularý ve hatta içme suyu kaynaklarýnda iz düzeylerinde tespit edilmesi, uzun vadeli maruziyetlerinin ekosistemler ve insan saðlýðý üzerindeki etkilerinin tespiti için giderek daha fazla önem kazanmaktadýr. Bu baðlamda, non-steroidal anti-inflamatuar ilaçlar (NSAÝÝ'ler), yaygýn kullaným alanlarý ve konvansiyonel atýksu arýtma tesislerinde tam olarak giderilememeleri nedeniyle çevrede en sýk karþýlaþýlan farmasötik kirleticiler arasýnda yer almaktadýr. Analjezik ve anti-inflamatuar özelliklere sahip, klinik uygulamalarda yaygýn olarak kullanýlan Tenoksikam (TNX), çevresel ortamlara ulaþma potansiyeli yüksek olan NSAÝÝ'lerden biridir. TNX'in farmasötik ürünlerde, biyolojik sývýlar ve çevresel matrislerde düþük deriþimlerde bulunmasý, seçici ve hassas analitik yöntemlerin geliþtirilmesini gerekli kýlmaktadýr. Ancak geleneksel analitik teknikler çoðu zaman karmaþýk numune hazýrlama basamaklarý, yüksek miktarda organik çözücü kullanýmý, uzun analiz süreleri ve çevresel açýdan olumsuz etkiler gibi çeþitli dezavantajlar içermektedir. Bu nedenle, hem analitik performansý yüksek hem de çevresel açýdan sürdürülebilir yeni yaklaþýmlara ihtiyaç duyulmaktadýr. Bu tezin temel amacý, Tenoksikam'ýn farmasötik, biyolojik ve çevresel matrislerde tayini için moleküler baskýlanmýþ polimer (MIP) temelli, seçici, hassas ve çevre dostu elektrokimyasal sensörlerin geliþtirilmesidir. Moleküler baskýlama teknolojisi, hedef molekülün varlýðýnda polimer matrisi içerisinde ona özgü tanýma boþluklarý oluþturarak, sentetik ancak yüksek seçiciliðe sahip tanýma bölgelerinin elde edilmesini saðlayan etkili bir yaklaþýmdýr. Bu çalýþma kapsamýnda, moleküler baskýlama teknolojisinin elektrokimyasal algýlama yöntemleri ile birleþtirilmesi yoluyla, klasik analitik yöntemlerin sýnýrlamalarýnýn aþýlmasý hedeflenmiþtir. Bu doðrultuda, tez kapsamýnda, camsý karbon elektrotlar (GCE) üzerinde iki farklý polimerizasyon stratejisi kullanýlarak iki adet TNX baskýlanmýþ elektrokimyasal sensör geliþtirilmiþtir. Elektropolimerizasyon yöntemi ile hazýrlanan EP-TNX@MIP/GCE sensörü, elektrokimyasal parametreler aracýlýðýyla polimer film kalýnlýðý ve yüzey morfolojisinin hassas þekilde kontrol edilmesine olanak tanýmýþtýr. Fotopolimerizasyon yöntemi kullanýlarak sentezlenen PP-TNX@MIP/GCE sensörü ise daha ýlýmlý sentez koþullarý altýnda, homojen polimer yapýsýnýn elde edilmesini saðlamýþtýr. Ýki farklý polimerizasyon tekniðinin kullanýlmasý, sensör performansý, seçicilik ve uygulanabilirlik açýsýndan kapsamlý bir karþýlaþtýrma yapýlmasýna imkân vermiþtir. Geliþtirilen MIP-modifiye elektrotlarýn yapýsal, morfolojik ve elektrokimyasal özellikleri, taramalý elektron mikroskobu (SEM), fourier dönüþümlü kýzýlötesi spektroskopisi (FTIR), döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri kullanýlarak detaylý biçimde incelenmiþtir. SEM analizleri, elektropolimerize ve fotopolimerize polimer filmler arasýnda belirgin yüzey morfolojisi farklýlýklarý olduðunu ortaya koymuþtur. FTIR sonuçlarý, TNX ile fonksiyonel monomerler arasýndaki etkileþimlerin baþarýyla gerçekleþtiðini doðrulamýþtýr. Elektrokimyasal karakterizasyon çalýþmalarý ise MIP-modifiye elektrotlarýn, baskýlanmamýþ polimer (NIP) elektrotlara kýyasla daha iyi elektron transfer özellikleri ve belirgin seçici yeniden baðlanma davranýþý sergilediðini göstermiþtir. Geliþtirilen sensörlerin elektroanalitik performansý, CV ve diferansiyel puls voltametrisi (DPV) teknikleri kullanýlarak deðerlendirilmiþtir. Hem PP-TNX@MIP/GCE hem de EP-TNX@MIP/GCE sensörleri, 1×10.¹² – 1×10.¹¹ M deriþim aralýðýnda doðrusal yanýt vermiþ ve TNX'e karþý yüksek duyarlýlýk göstermiþtir. PP-TNX@MIP/GCE sensörü için tespit limiti (LOD) ve tayin limiti (LOQ) sýrasýyla 7.68×10.¹³ M ve 2.56×10.¹³ M olarak hesaplanmýþtýr. EP-TNX@MIP/GCE sensöründe ise LOD ve LOQ deðerleri sýrasýyla 5.65×10.¹³ M ve 1.88×10.¹² M olarak bulunmuþtur.. Elde edilen bu düþük tespit limitleri, geliþtirilen sensörlerin iz düzeyindeki TNX deriþimlerinin tayini için oldukça uygun olduðunu ortaya koymaktadýr. Sensörlerin seçicilik performansý, yapýsal olarak benzer bileþiklerin ve olasý giriþimci maddelerin varlýðýnda incelenmiþtir. MIP-modifiye elektrotlar, NIP elektrotlara kýyasla TNX'e karþý belirgin þekilde daha yüksek sinyal yanýtlarý sergilemiþ ve moleküler baskýlama yaklaþýmýnýn seçicilik üzerindeki kritik rolünü açýkça göstermiþtir. Geliþtirilen yöntemlerin gerçek numune analizlerindeki uygulanabilirliði, farmasötik tablet formülasyonlarý, çevresel numuneler ve sentetik serum örnekleri üzerinde gerçekleþtirilen geri kazaným çalýþmalarý ile deðerlendirilmiþtir. %95.18 ile %103.17 arasýnda deðiþen geri kazaným deðerleri, geliþtirilen sensörlerin karmaþýk matrislerde yüksek doðruluk, hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sunduðunu göstermiþtir. Bu sonuçlar, sensörlerin gerçek numune analizleri için güvenilir analitik araçlar olduðunu ortaya koymaktadýr. Bu tez çalýþmasýnda analitik performansýn yaný sýra çevresel sürdürülebilirlik de önemli bir deðerlendirme kriteri olarak ele alýnmýþtýr. Geliþtirilen sensörlerin yeþil analitik profili, BAGI, AGREE ve AGREEMIP deðerlendirme araçlarý kullanýlarak sistematik olarak incelenmiþtir. Elde edilen sonuçlar, düþük reaktif tüketimi, sýnýrlý tehlikeli kimyasal kullanýmý, düþük enerji gereksinimi ve minimum atýk oluþumu gibi yeþil kimya ilkeleri ile yüksek uyum göstermektedir. Elektrokimyasal algýlama yaklaþýmý, yüksek miktarda organik çözücü kullanýmýný ortadan kaldýrarak çevresel etkiyi önemli ölçüde azaltmaktadýr. Farmasötik kalýntýlarýn çevresel ortamlardaki varlýðý, özellikle uzun vadeli ve düþük deriþimli maruziyetler açýsýndan deðerlendirildiðinde, düzenleyici kurumlar ve çevre bilimciler için giderek daha büyük bir endiþe kaynaðý haline gelmektedir. NSAÝÝ sýnýfýndaki ilaçlarýn sucul organizmalar üzerindeki kronik toksisite etkileri, biyobirikim potansiyelleri ve ekosistem dengesini bozucu etkileri literatürde sýklýkla rapor edilmektedir. Bu nedenle, çevresel numunelerde farmasötik kalýntýlarýn izlenmesine yönelik geliþtirilen analitik yöntemlerin yalnýzca yüksek duyarlýlýk ve seçicilik sunmasý deðil ayný zamanda sürdürülebilirlik kriterlerini de karþýlamasý büyük önem taþýmaktadýr. Bu tez kapsamýnda geliþtirilen sensörler, bu gereksinimleri karþýlayabilecek nitelikte olup, çevresel izleme çalýþmalarýna yenilikçi ve uygulanabilir çözümler sunmaktadýr. Ayrýca bu çalýþmada, yoðunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamalarý kullanýlarak þablon molekül ile fonksiyonel monomer arasýndaki ideal oran belirlenmiþ ve bu bileþenler arasýndaki etkileþim enerjileri deðerlendirilmiþtir. Teorik hesaplamalar ile deneysel bulgular arasýndaki uyum, sensör tasarýmýnýn rasyonel temellere dayandýðýný göstermektedir. Bu çalýþmada kullanýlan elektropolimerizasyon ve fotopolimerizasyon yaklaþýmlarýnýn karþýlaþtýrýlmasý, MIP tabanlý sensör tasarýmý açýsýndan önemli bilgiler sunmuþtur. Elektropolimerizasyon yöntemi, polimer film kalýnlýðýnýn ve elektrot yüzey özelliklerinin hassas kontrolüne olanak saðlarken; fotopolimerizasyon yöntemi, daha basit deneysel kurulum ve homojen polimer yapýsý elde edilmesi açýsýndan avantaj saðlamýþtýr. Her iki yöntemin de analitik performans açýsýndan baþarýlý sonuçlar vermesi, farklý uygulama alanlarýna yönelik esnek sensör tasarýmlarýnýn mümkün olduðunu göstermektedir. Bu durum, geliþtirilen yaklaþýmýn yalnýzca TNX için deðil, yapýsal olarak benzer diðer farmasötik bileþiklerin tayinine yönelik olarak da uyarlanabilir olduðunu ortaya koymaktadýr. Bu çalýþmada geliþtirilen MIP tabanlý elektrokimyasal sensörler, yalnýzca laboratuvar ölçekli analizler için deðil, ayný zamanda saha uygulamalarýna uyarlanabilir yapýlarý ile de dikkat çekmektedir. Elektrokimyasal sensörlerin küçük boyutlu, taþýnabilir sistemlerle uyumlu olmasý, bu sensörlerin çevresel izleme çalýþmalarýnda yerinde analiz imkâný sunmasýný mümkün kýlmaktadýr. Özellikle su kaynaklarýnda farmasötik kalýntýlarýn izlenmesi amacýyla geliþtirilen bu tür sensörlerin, hýzlý yanýt süreleri ve düþük maliyetli üretim avantajlarý sayesinde rutin analizlerde kullanýlma potansiyeli bulunmaktadýr. Bu yönüyle, geliþtirilen sensörler yalnýzca akademik araþtýrmalar açýsýndan deðil, çevresel izleme ve düzenleyici analizler açýsýndan da önemli bir katký sunmaktadýr. Bu tez kapsamýnda elde edilen sonuçlar, moleküler baskýlanmýþ polimerlerin elektrokimyasal sensör teknolojileri ile entegrasyonunun, farmasötik analiz alanýnda güçlü ve çok yönlü bir yaklaþým sunduðunu açýkça ortaya koymaktadýr. Geliþtirilen sensörlerin düþük tespit limitleri, geniþ doðrusal çalýþma aralýklarý ve yüksek geri kazaným deðerleri, bu sistemlerin hem akademik araþtýrmalarda hem de uygulamaya yönelik analizlerde güvenle kullanýlabileceðini göstermektedir. Ayrýca yöntemlerin basitliði, hýzlý analiz imkâný sunmasý ve karmaþýk numune hazýrlama basamaklarýna ihtiyaç duymamasý, bu sensörleri mevcut analitik tekniklere kýyasla önemli ölçüde avantajlý kýlmaktadýr. Bu yönüyle çalýþma, çevresel ve farmasötik analizlerde yenilikçi, uygulanabilir ve sürdürülebilir sensör tasarýmlarýna yönelik önemli bir referans niteliði taþýmaktadýr. Sonuç olarak, bu tez kapsamýnda Tenoksikam'ýn tayini için iki adet yeni, hassas, seçici ve çevre dostu MIP tabanlý elektrokimyasal sensör baþarýyla geliþtirilmiþtir. Moleküler baskýlama teknolojisinin elektrokimyasal algýlama ile birleþtirilmesi, farmasötik kalite kontrolü, biyolojik analizler ve çevresel izleme uygulamalarý için etkili ve sürdürülebilir bir analitik platform sunmaktadýr. Bu çalýþmanýn bulgularý, sürdürülebilir elektroanalitik yöntemlerin geliþtirilmesine önemli katkýlar saðlamakta ve MIP tabanlý sensörlerin modern analitik kimyada giderek artan rolünü ortaya koymaktadýr.
Özet (Çeviri)
The widespread use of pharmaceutical compounds has resulted in their continuous release into environmental systems, raising serious concerns about their ecological impacts and potential risks to human health. Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are among the most frequently detected pharmaceutical residues in water sources due to their widespread use and incomplete removal during standard wastewater treatment. Tenoxicam (TNX), a commonly prescribed NSAID with analgesic and anti-inflammatory properties, requires sensitive, selective, and environmentally friendly analytical methods for detection in pharmaceutical, biological, and environmental samples. The goal of this work was to design and evaluate MIP-based electrochemical sensors with high sensitivity and selectivity for TNX analysis. By combining MIP technology with electrochemical techniques, this study aimed to overcome the limitations of traditional analytical methods, such as complex sample preparation, high solvent consumption, and limited selectivity in complex matrices. To achieve this goal, two distinct MIP-based electrochemical sensors were fabricated directly on glassy carbon electrodes using different polymerization methods: photopolymerization and electropolymerization. The first sensor, EP-TNX@MIP/GCE, was fabricated via electropolymerization, enabling precise control of the polymer film thickness and surface morphology via electrochemical parameters. The second sensor, called PP-TNX@MIP/GCE, was produced via photopolymerization using appropriate functional monomers under controlled conditions. This method allowed for uniform polymer formation and mild synthesis conditions. The use of these two complementary fabrication techniques enabled a systematic comparison of sensor performance, selectivity, and usability. The fabricated MIP-modified electrodes were examined using scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), cyclic voltammetry (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The characterization data confirmed the presence of TNX-selective recognition sites on the electrode surfaces. SEM images showed clear morphological differences between photopolymerized and electropolymerized films, while FTIR analysis confirmed effective interactions between TNX and the functional monomers. Electrochemical characterization revealed improved electron-transfer properties and selective rebinding behavior of the MIP-modified electrodes compared with their non-imprinted polymer (NIP) counterparts. The electroanalytical performance of the developed sensors was assessed using CV and differential pulse voltammetry (DPV). Both PP-TNX@MIP/GCE and EP-TNX@MIP/GCE sensors demonstrated excellent analytical features, including broad linear concentration ranges from 1×10⁻¹² to 1×10⁻¹¹ M and high sensitivity to TNX. The PP-TNX@MIP/GCE sensor achieved limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of 7.68×10⁻¹³ M and 2.56×10⁻¹³ M, respectively. Similarly, the EP-TNX@MIP/GCE sensor showed LOD and LOQ values of 5.65×10⁻¹³ M and 1.88×10⁻¹² M, respectively. These results confirm the sensors' ability to detect TNX at trace levels relevant for pharmaceutical and environmental analysis. To evaluate sensor selectivity, the response of the MIP-modified electrodes was tested using compounds with similar structures and common interfering agents. The MIP-modified electrodes exhibited significantly higher responses to TNX compared to NIP-modified electrodes, clearly demonstrating the effectiveness of the molecular imprinting technique in achieving high selectivity. The practical usefulness of the sensors was further validated through recovery tests on pharmaceutical tablets, environmental samples, and sentetic serum. The recovery rates ranged from 95.18% to 103.17%, demonstrating high accuracy, precision, and reproducibility of the methods in complex samples. These findings highlight the robustness and reliability of the sensors for analyzing real-world samples. In addition to analytical efficiency, this thesis emphasizes the environmental sustainability of the proposed methods. The green analytical profile of the developed sensors was assessed using BAGI, AGREE, and AGREEMIP tools. The positive scores from these assessments indicated good adherence to green chemistry principles, including lower reagent use, minimal use of hazardous chemicals, reduced energy requirements, and limited waste production. The electrochemical detection method enhances environmental friendliness by eliminating the need for large volumes of organic solvents and complex sample preparation. Moreover, density functional theory (DFT) simulations were employed to identify the optimal template-to-functional monomer ratio and to assess the interaction energies between them. This thesis reports the successful development of two novel, sensitive, selective, and environmentally friendly MIP-based electrochemical sensors for detecting Tenoxicam. The combination of molecular imprinting techniques and electrochemical sensing creates a versatile analytical system suitable for pharmaceutical, biological, and environmental applications. The findings of this work advance sustainable electroanalysis and highlight the significant potential of MIP-based sensors in modern analytical chemistry.
Benzer Tezler
- Moleküler baskılanmış polimer reseptörleri ile kolin tespiti için impedimetrik biyosensör geliştirilmesi
Development of an impedimetric biosensor for the detection of choline using molecularly imprinted polymer receptors
MELAHAT SEVGÜL BAKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA İNCİ ÇİLESİZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ FERİDE SERMİN UTKU
- Development of molecularly imprinted electrochemical sensor for selective and sensitive determination of antiviral drugs acyclovir, fosamprenavir, and lopinavir
Asiklovir fosamprenavir ve lopinavir antiviral ilaç etken maddelerinin seçici ve hassas tayini için moleküler baskılı elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
ABDULLAH AL FAYSAL
- Development of a molecularly imprinted electrochemical sensor for the selective and sensitive detection of the anti-cancer drug ibrutinib
Antikanser ilaç ibrutinib'in seçici ve hassas tespiti için moleküler baskılı elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
TUBA ARIF
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyoteknolojiAnkara ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ALTAY ÜNAL
- İdrarda fitalat ester metabolitlerinin tayini için moleküler baskılanmış polimer temelli katı faz ekstraksiyon metodunun geliştirilmesi
Development of molecularly imprinted polymer-based solid phase extraction method for the determination of phthalate ester metabolites in urine
MELİKE KÜÇÜK
- Pestisit tayini için moleküler baskılı polimer temelli elektrokromik sensör geliştirilmesi
Advancement of a molecularly imprinted polymer-based electrochromic sensor for pesticide
ESMA MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AKYÜZ ÇUBUKÇU