Development of novel immobilization matrices via surface modification approach for glucose detection and their biosensor applications
Glukoz tayini için yeni immobilizasyon matrislerinin yüzey modifikasyonu yaklaşımı ile geliştirilmesi ve biyosensör uygulamaları
- Tez No: 368779
- Danışmanlar: PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE, PROF. DR. SUNA TİMUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 154
Özet
Biyotanıma elemanı ve transduser içeren biyosensörler birçok araştırma alanında yaygın olarak kullanılan cihazlardır. Elektrokimyasal biyosensör oluşturulmasında, redoks enzimlerinin iletken yüzeylere tutuklanması, kararlı elektrotlar elde etmek için önemli bir basamaktır. İletken polimerlerin biyomoleküller için uygun tutuklama yüzeyleri olarak kullanımları, biyosensörlerin klinik ve farmasötik analizler için ekonomik araçlar olarak geliştirilmesine öncülük etmektedir. Bu bağlamda, elektriksel iletken polimerler, biyomoleküllerin tutuklama matrisleri olarak biyosensörlerin kararlılığı, duyarlılığı ve etkin elektron transferi için elektrot yüzeylerine kaplanabilirler. Ayrıca elektropolimerizasyon morfoloji ve kalınlık gibi çeşitli yüzey özelliklerinin kolayca kontrol edilebilmesine olanak sağlamaktadır. Buna ek olarak, polimerlerin kimyasal olarak fonksiyonlandırılması biyomoleküller ve biyolojik olayların elektrokimyasal bilgi aktarımı için daha iyi bir mikro çevre sağlar. Bu tezde, iletken polimer tabanlı yüksek kararlılık, duyarlılık ve elektron transferi saplayan yeni tutuklama yüzeylerinin üretilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla sentezlenen poli(2-(2,5-di(tiyofen-2-il)-1H-pirol-1-il) (SNS) asetik asit) ve 4-(4,7-di(tiyofen-2-il)-1H-benzo[d]imidazol-2- il)benzaldehit (PBIBA) grafit elektrotlar üzerine elektrokimyasal olarak kaplandı. SNS asetik asit polimeri, biyosensör uygulamalarında matris özelliklerinin araştırılması için Lisin amino asidi ve PAMAM türevleri (PAMAM G2 ve PAMAM G4) ile fonksiyonlandırıldı. Glukoz oksidaz modifiye edilmiş yüzeyler üzerine model enzim olarak tutuklandı. X-Işını spektroskopisi ve atomik güç mikroskobu, biyosensör oluşturulmasındaki her basamakta yüzey özelliklerini belirlemek için kullanıldı. Biyosensörler operasyonel ve depolama kararlılığı ve kinetik parametreler açısından karakterize edildi. Üç yeni glukoz biyosensörü iyi kararlılık, umut verici düşük tayin limiti ve uzun raf ömrü gösterdi. Söz konusu biyosensörler insan kanı serum örneklerindeki glukoz tayini için test edildi. Farklı tutuklama matrisleri geliştirmek için glukoz oksidaz glteraldehit yardımıyla model enzim olarak grafit elektrot yüzeyine kaplanan PBIBA üzerine tutuklandı. Fonksiyonlandırılmamış PBIBA'nın yanı sıra, diğer elektrot yüzeyleri hedeflenen biyosensörlerin duyarlılığı ve elektron transfer yeteneğini arttırmak için altın nano çubuklar ve tek duvarlı karbon nano tüplerle modifiye edildi. Biyobağlanmayı kanıtlamak için yüzey karakterizasyonu ve morfolojisi, biyosensör oluşturulmasının her basamağında X-ışını spektrofotometresi ve geçişli elektron mikroskobu ile incelendi. Üç yeni optimum elektrot iyi bir doğrusallık ve düşük tayin limiti gösterdi. Kinetik parametreler Kmapp ve Imax her bir biyosensör için belirlendi. Ayrıca biyosensörler gerçek örnekler için test edildi. Anahtar
Özet (Çeviri)
Biosensors which include biorecognition element and the transducer are widely used devices in many research areas. In an electrochemical biosensor construction, immobilization of redox enzymes on conductive surfaces is a crucial step to obtain stable electrodes. The use of conducting polymers as appropriate immobilization matrices for biomolecules leads to the improvement of biosensors as economical tools for clinical and pharmaceutical analyses. In that manner, electrically conducting polymers can be deposited on an electrode surface as immobilization matrices for biomolecules to enhance stability, sensitivity and efficient electron transfer ability of biosensors. Also, electropolymerization enables easy control over the several properties such as morphology and thickness. Furthermore, their chemical functionalization offers a better microenvironment for biomolecules and electrochemical transduction of biological events. In this thesis, it is aimed to create conducting polymer based new immobilization matrices providing high stability, sensitivity and electron transfer ability for glucose detection. Recently synthesized poly(2-(2,5-di(thiophen-2-yl)-1H-pyrrol-1-yl) (SNS) acetic acid) and 4-(4,7-di(thiophen-2-yl)-1H-benzo[d]imidazol-2- yl) benzaldehyde (BIBA) were electrochemically deposited on graphite electrodes. SNS acetic acid polymer was functionalized with lysine (Lys) amino acid and poly(amidoamine) derivatives (PAMAM G2 and PAMAM G4) to investigate their matrix properties for biosensor applications. Glucose oxidase (GOx) was immobilized onto the modified surface as the model enzyme. X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM) were used to report the surface properties of the matrices in each step of the biosensor construction. The biosensors were characterized in terms of their operational and storage stabilities and the kinetic parameters (Kmapp and Imax). Three new glucose biosensors revealed good stability, promising low detection limit and prolonged the shelf lives. The proposed biosensors were tested for glucose detection on real human blood serum samples. To develop different immobilization matrices, glucose oxidase (GOx) was immobilized as a model enzyme on PBIBA polymer coated graphite electrode with the help of glutaraldehyde (GA). Besides non-modified PBIBA biosensor, other electrode surfaces were modified with gold nanorods (AuNRs) and single-walled carbon nano tubes (SWCNTs) to enhance sensitivity and electron transfer ability of desired biosensors. The surface characterization and morphology were investigated to confirm bioconjugation by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM) at each step of biosensor fabrication. Three new optimized biosensors show good linearity and low limit of detection (LOD) values. Kinetic parameters Kmapp and Imax were also determined for each biosensor. Furthermore, biosensors were tested for real samples.
Benzer Tezler
- Synthesis of some functional conducting polymers, characterization, Mott-Schottky analysis and sensor applications
Bazı fonksiyonel iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu, Mott-Schottky analizi ve sensor uygulamaları
TOLGA KARAZEHİR
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. MURAT ATEŞ
- Development of a novel enzyme immobilization technique and its application to continous flow membrane reactor
Yeni bir enzim tutuklama yönteminin geliştirilmesi ve sürekli enzim membran reaktörüne uygulanması
M.YAKUP ARICA
- Development of novel sorbents for the determination of mercury in waters by cold vapor atomic absorption spectrometry
Sulardaki cıvanın soğuk buhar atomik absorpsiyon spektrometri ile tayini için yeni sorbentlerin geliştirilmesi
ARZU ERDEM
Doktora
İngilizce
2011
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET EMİN EROĞLU
- Development of novel functionalized solid phase extraction (SPE) sorbents and solid phase microextraction (SPME) fiber coatings for analytical applications
Analitik uygulamalar için işlevselleştirilmiş yeni katı faz ekstraksiyon (SPE) ve katı faz mikroekstraksiyon (SPME) fiber kaplamalarının geliştirilmesi
EZEL BOYACI
Doktora
İngilizce
2011
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET E. EROĞLU
- Development of novel aflatoxin B1 biosensors by carbon nanotube integrated microfluidic systems
Karbon nanotüp entegre edilmiş mikroakışkan sistemlerin kullanımıyla yeni aflatoksin B1 biyosensörlerinin geliştirilmesi
NAGİHAN OKUTAN ARSLAN
Doktora
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON