Raman saçılmasına dayalı biyomolekül tayini için nanomalzeme temelli sensörlerin geliştirilmesi
Development of nanomaterial-based sensors for biomolecule detection via raman scattering
- Tez No: 1021681
- Danışmanlar: PROF. DR. SERAP ACAR, PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Mühendislik Bilimleri, Biyomühendislik, Biotechnology, Engineering Sciences, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Canlı sistemlerde meydana gelen patolojik durumlar, çeşitli biyomoleküllerin sentezinde ve biyolojik konsantrasyonlarında değişimlere yol açmakta; bu durum söz konusu molekülleri hastalıkların tespiti ve takibinde önemli biyobelirteçler haline getirmektedir. Bu bağlamda, biyomoleküllerin hızlı, hassas ve güvenilir yöntemlerle tespiti, tayini ve karakterizasyonu, klinik tanı performansının artırılması açısından büyük önem taşımaktadır. Bu amaç doğrultusunda, moleküler düzeyde özgül bilgi sunabilen, karmaşık numune hazırlama süreçleri gerektirmeyen ve nispeten düşük maliyetli bir teknik olan Raman spektroskopisi önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Ancak klasik Raman spektroskopisinin düşük sinyal şiddeti dezavantajı, düşük konsantrasyonlardaki moleküllerin hassas şekilde tespitinde yüzeyde güçlendirilmiş Raman saçılması (SERS)'na dayalı yeni nesil tekniklerin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Bu tez çalışmasında, biyomolekül tayininde kullanılmak üzere, gümüş öncüllerini içeren çözeltilerin elektroeğirme yöntemiyle işlenmesine dayanan yeni nesil bir SERS platformu geliştirilmiştir. Geliştirilen SERS altlığı için 2,82 × 107 düzeyinde analitik güçlendirme faktörü (AEF) elde edilmiş; %12,5 noktadan noktaya ve %3,63 numuneden numuneye varyasyon katsayısı (CoV) değerleri ile sistemin yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirliğe sahip olduğu gösterilmiştir. Platformun biyomolekül tayinindeki performansı, fenilalanin (Phe), prolin (Pro), valin (Val), alanin (Ala) ve sistein (Cys) amino asitleri üzerinden değerlendirilmiştir. Elde edilen SERS spektrumları incelendiğinde, her bir amino aside özgü karakteristik spektral parmak izlerinin 0,3 µM gibi düşük konsantrasyonlara kadar belirlenebildiği görülmüştür. Elde edilen spektral verilerin temel bileşen analizi (PCA) ile değerlendirilmesi, veriler arasındaki ilişkilerin ortaya konulmasını sağlarken; destek vektör makineleri (SVM, Lineer) algoritması %98 doğruluk oranı ile başarılı bir sınıflandırma performansı sergilemiştir. Ek olarak, M2e ve 170–188 antijenik peptidlerinin moleküler karakterizasyonu gerçekleştirilerek, geliştirilen platformun daha karmaşık biyomoleküllerin analizinde de kullanılabilir olduğu gösterilmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında geliştirilen SERS tabanlı sensör platformunun, yüksek hassasiyet, tekrarlanabilirlik ve ayırt edicilik özellikleri ile biyomolekül tayini ve erken tanı uygulamaları açısından umut vadeden bir analitik araç olduğu ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
Pathological conditions occurring in living systems lead to alterations in the synthesis and biological concentrations of various biomolecules, rendering these molecules important biomarkers for disease detection and monitoring. In this context, the rapid, sensitive, and reliable detection, quantification, and characterization of biomolecules are of great importance for improving clinical diagnostic performance. Raman spectroscopy, which provides molecule-specific information, requires minimal sample preparation, and is relatively cost-effective, emerges as a promising analytical technique. However, the inherently weak signal intensity of conventional Raman spectroscopy necessitates the development of advanced techniques based on Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) for the sensitive detection of low-concentration analytes. In this thesis, a novel SERS-based sensing platform was developed for biomolecule detection by employing electrospinning of solutions containing silver precursors. The developed SERS substrate exhibited an analytical enhancement factor (AEF) of 2.82 × 107, along with coefficients of variation (CoV) of 12.5% (point-to-point) and 3.63% (sample-to-sample), demonstrating high sensitivity and reproducibility. The performance of the platform in biomolecule detection was evaluated using phenylalanine (Phe), proline (Pro), valine (Val), alanine (Ala), and cysteine (Cys) amino acids. The obtained SERS spectra revealed that characteristic spectral fingerprints of each amino acid could be identified down to concentrations as low as 0.3 µM. Principal Component Analysis (PCA) enabled the visualization of relationships within the spectral data, while a linear Support Vector Machine (SVM) algorithm achieved a high classification accuracy of 98%. Furthermore, molecular characterization of M2e and 170–188 antigenic peptides was successfully performed, demonstrating the capability of the developed platform for analyzing more complex biomolecular structures. In conclusion, the SERS-based sensing platform developed in this study presents a promising analytical tool for biomolecule detection and early diagnosis applications, offering high sensitivity, reproducibility, and discriminative capability.
Benzer Tezler
- Yüzeyde zenginleştirilmiş raman saçılmasına dayalı mikroorganizma tanısı için yeni nanoyapılı yüzeylerin geliştirilmesi
Development of novel nanostructured surface enhanced raman scattering substrates for whole microorganism identification
MÜNEVVER MÜGE YAZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
BiyoteknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÇULHA
PROF. DR. ADİL ALLAHVERDİYEV
- Legionella pneumophila'nın yüzeyde zenginleştirilmiş raman saçılmasına dayalı hızlı, hassas ve doğru tanısı için yöntem geliştirilmesi
Development of a method for fast, sensitive and accurate detection of Legionella pneumophila based on surface enhanced raman scattering
ÖKKEŞ ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
KimyaGaziantep ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KAHRAMAN
DOÇ. DR. İBRAHİM HALİL KILIÇ
- Kanser protein biyobelirteçlerinin tespiti için yüzeyde zenginleştirilmiş raman saçılmasına dayalı yeni yöntemlerin geliştirilmesi
Development of novel methods based on surface-enhanced raman scattering for the detection of cancer protein biomarkers
AYŞE MİNE SARIDAĞ
- Plazmonik nanokubbeler üzerinde yüzeyde zenginleştirilmiş raman saçılmasına dayalı protein tayini
Protein detection on plasmonic nanodomes based on surface-enhanced raman scattering
ADİLE TOSUN
- Multipleks dna analizi için yüzeyde zenginleştirilmiş raman saçılmasına dayalı biyosensör geliştirilmesi
Development of biosensor based on surface enhanced raman scattering for multiplex dna analysis
TUĞÇE YİĞİT