Preparation of hemoglobin imprinted surface plasmon resonance biosensors
Hemoglobin baskılanmış yüzey plazmon rezonans biyosensörlerin hazırlanması
- Tez No: 478504
- Danışmanlar: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyokimya, Kimya, Biochemistry, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 124
Özet
Proteinler yapısal, işlevsel ve organizasyon olmak üzere birçok temel özelliklere sahiptirler ve hücresel makinelerde daha büyük ve daha karmaşık birimler oluşturmak için lipidler ve karbonhidratlar gibi diğer makromoleküllerle yakından ilişkilidirler. Araştırmacılar, proteinlerin temel özelliklerini keşfetme üzerine yoğunlaşmış ve hastalıkların farklı aşamalarında önemli belirteçlerden biri olduklarını farkına varmışlardır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarla yapılarının, derişimlerinin ve hatta yönelimlerinin hücresel etkileşimleri kolaylaştırmada çok önemli oldukları keşfedilmiştir. Hücrenin işlevselliğinde ve yapısındaki çok sayıda rolünden dolayı, proteinlerin önemini araştıran en çekici alanlardan biri, hastalıkların teşhisi için biyolojik birimleri tespit etmektir. Örneğin, hemoglobin -kırmızı kan hücrelerinde demir taşıyan protein- insan vücudunda oksijen ve karbon dioksit taşır. Aynı zamanda kandaki asit-baz dengesini de muhafaza eder. Klinik uygulamalarda, hemoglobin derişimleri, talasemi, anemi, lösemi, kalp rahatsızlığı ve aşırı kan kaybı gibi çeşitli hastalıklar ve sağlık durumu ile yakından ilişkilidir. Hassas ve doğru algılama platformları, hastalıkların erken teşhisi ve güvenilir bir şekilde öngörülmesinde böylesi hayati önemi olan protein belirteci hemoglobinin derişimlerini izlemek için yeni yollar yaratacaktır. Yüzey plazmon rezonans teknolojisi, protein belirteçlerini, ökaryotik hücreleri, bakteri ve virüsleri tanısal amaçlı algılamak için oldukça yaygın kullanılan bir teknolojidir. Bu algılama platformu, metal yüzeyin yakınında meydana gelen kırılma indeksindeki değişimleri ölçmek için mükemmel bir optik yöntem sağlar. Yüzey plazmon rezonans biyosensörler, diğer hassas algılama yöntemleri ile karşılaştırıldığında, sıcaklık ve yüzey salınımlarındaki küçük değişikliklerden bağımsız olarak, gerçek zamanlı ve etiketsiz analiz, yüksek algılama alanı (yüzey ve hacim duyarlılığı), kısa analiz süresi ve düşük maliyetli analiz gibi bir çok avantaja sahiptir. Bu belirgin özelliklerin yanı sıra, yüzey plazmon rezonans teknolojisi sadece potansiyel olarak farklı yüzey hassas cihazları ile entegre olamaz. Ayrıca çoklu algılama için kolayca uyarlanabilen çok yönlü yüzey değişikliklerine de olanak sağlar. Mükemmel bir yüzey modifikasyon tekniklerinden biri olan moleküler baskılama yöntemi, polimerik matriksteki hedeflerin tanımlanması için boşluklar oluşturmak için molekülleri bir kalıp olarak kullanır. Bu yöntem, farklı yük, üç boyutlu yapı ve fizikokimyasal özelliklere sahip hedefleri baskılamak için geniş bir alan sunar. Bu yöntem, karmaşık ve zaman alıcı laboratuvar yüzey modifikasyon yöntemlerinin aksine, hastalıkların teşhis, tarama ve izleme için hızlı, hassas, ucuz, kullanımı kolay ve seçici bir yaklaşım sunar. Yüksek seçicilik, fiziksel ve kimyasal dayanıklık, yüksek kararlılık, düşük maliyet ve tekrar kullanılabilirlikgibi özellikleri sayesinde, moleküler baskılanmış polimerler çok cazip hale gelmiştir ve birçok alanda, özellikle biyosensörlerde, teşhislerde ve çevresel izlemelerde uygulanır. Bu çalışmada, hemoglobini tayini için moleküler baskılanmış yüzey plazmon rezonans biyosensörü tasarlanmıştır. İlk olarak, hemoglobin:akrilamid ön-kompleksi kalıp molekül ve monomer karışımı ile hazırlanmış ve daha sonra metilenbis akrilamid çapraz bağlayıcısı, ön-kompleks karışımına polimerizasyon için bir nihai karışım oluşturmak üzere eklenmiştir. Ek olarak, nihai karışıma bir başlatıcı ve aktifleştirici çifti (amonyum persülfat ve tetrametil etilendiamin) de eklenerek yüzey plazmon rezonans biyosensör yüzeylerini kaplamak için kullanılmıştır. Monomer çözeltisi, döndürmeli kaplama tekniği ile yüzey plazmon rezonans biyosensör yüzeylerine homojen olarak dağıtılmıştır. Polimerizasyon, foto-polimerizasyon yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Polimerizasyonun sonunda, reaksiyona girmemiş monomerler ve safsızlıklar uzaklaştırılmış ve biyosensör oda sıcaklığında kurutulmuştur. Hemoglobin baskılanmış yüzey plazmon rezonans biyosensörü, ilk olarak Fourier dönüşümlü infrared spektroskopi-zayıflatılmış toplam yansıma, atomik kuvvet mikroskobu, elipsometre ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Daha sonra, hemoglobin baskılanmış yüzey plazmon rezonans biyosensörü, farklı hemoglobin derişimlerine sahip hemoglobin çözeltilerinden gerçek zamanlı hemoglobin tayini için analizler yapılmıştır. Hemoglobin baskılanmış yüzey plazmon rezonans biyosensörünün seçicilik ve tekrar kullanılabilirlik performansı da araştırılmıştır. Buna ek olarak, mikroakışkan entegreli yüzey plazmon rezonans biyosensörleri, poli metil metakrilat, çift taraflı yapışkan ve altın kaplı yüzey gibi farklı tabakalar kullanılarak gerçek zamanlı hemoglobin tespiti için hazırlanmıştır. Farklı modifikasyon basamaklarından sonra mikroakışkan entegreli yüzey plazmon rezonans biyosensörleri farklı hemoglobin derişimdeki çözeltilerle etkileştirilerek kinetik analizleri yapılmıştır. Son olarak, hemoglobin çözeltilerle ile iki farklı yüzey plazmon rezonans biyosensörleri arasındaki etkileşimin denge ve adsorpsiyon izoterm modelleri belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Proteins hold many pivotal structural, functional and organization features and closely associate with the other macromolecules such as lipids and carbohydrates to generate larger and more complex units in cellular machinery. Researchers have been focused on discovering fundamental properties of proteins, and realized that they are also one of the major indicators and predictors in disease stages, as well as recent studies pointed out that their structure, concentration, and even, orientation are crucial for facilitating cellular machinery. Due to their multiple roles in cell functionality and structure, one of the most attractive arena to investigate the significance of proteins is to detect small biological units for diagnosing diseases. For instance, hemoglobin --an iron carrying protein in red blood cells-- transports oxygen and carbon dioxide around the human body and also maintains the acid-base balance in the blood. In clinical practice, hemoglobin concentrations are closely correlated with several diseases and health status, including thalassemia, anemia, leukemia, heart disease, and excessive loss of blood. Sensitive and accurate detection platforms will have potentially create new avenues to monitor the concentrations of such vital protein marker, hemoglobin, in the early detection and highly reliable prediction of disease. Surface plasmon resonance technology has been considerably utilized to detect protein biomarkers, eukaryotic cells, bacteria, and viruses for diagnosis purposes. This sensing platform provides excellent optical modality to measure the changes in refractive index at the close vicinity of the metal surface. Compared with other sensitive biosensing modalities, the surface plasmon resonance biosensors holds multiple advantageous, including real‐time and label-free analysis, high dual sensing modality (surface and bulk sensitivity), short assay time, independent of small changes in temperature and surface oscillations, low-cost assay, and multiplexing. Besides these prominent features, the surface plasmon resonance technology cannot only potentially be integrated with different surface sensitive tools, and it also enables versatile surface modifications that can easily be tailored to multiplexed detection. Molecular imprinting method, one of a fascinating surface modification techniques, utilizes molecules as templates to create cavities for recognition of targets in the polymeric matrix. This method provides a broad range of versatility to imprint targets with different molecular size, three dimensional structure, and physicochemical properties. In contrast to the complex and time-consuming laboratory surface modification methods, this method offers a rapid, sensitive, inexpensive, easy-to-use, and selective approach for the diagnosis, screening and monitoring disorders. Owing to high selectivity, physical and chemical robustness, high stability, low-cost and reusability of this method, molecularly imprinted polymers have become very attractive and been applied in many fields, especially biosensors, diagnosis, and environmental monitoring. In this study, a molecularly imprinted surface plasmon resonance biosensor was designed to detect hemoglobin as a model protein marker. First, hemoglobin:acrylamide pre-complex was prepared with template and monomer mixture, and the cross-linker (methylenebis acrylamide) was applied to the pre-complex mixture to form a final mixture for polymerization. Followed by addition an initiator and activator (ammonium persulfate and tetramethyl ethylenediamine) pair to the final mixture, the monomer mixture was then used to decorate to the surface plasmon resonance biosensor surfaces. By employing spin coating technique, the monomer solution was uniformly distributed on the surface plasmon resonance biosensor surfaces. The polymerization was carried out under by photo-polymerization method. At the end of the polymerization, the unreacted monomers and impurities were removed and dried at room temperature. The hemoglobin imprinted surface plasmon resonance biosensor was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy-attenuated total reflectance, atomic force microscope, an ellipsometer, and contact angle measurements. The hemoglobin imprinted surface plasmon resonance biosensor was tested for real-time detection of hemoglobin from hemoglobin solutions that have different hemoglobin concentrations. The selectivity and reusability performance of the hemoglobin imprinted surface plasmon resonance biosensor was also investigated. In addition, the microfluidic-integrated surface plasmon resonance biosensors were also prepared for real-time hemoglobin detection by using different layers that are polymethyl methacrylate, double sided adhesive and gold coating substrate. After the different modification steps, the microfluidic-integrated surface plasmon resonance biosensors interacted with different hemoglobin concentration solutions. Finally, the equilibrium and adsorption isotherm models of interactions between hemoglobin solutions and two different surface plasmon resonance biosensors were determined.
Benzer Tezler
- Mikroalbumin tayini için SPR temelli nanosensörlerin hazırlanması
Preparation of SPR based nanosensors for microalbumin assays
MELTEM KOCA ESENTÜRK
- Talasemili hasta plazmasından demir uzaklaştırılması için Fe(III) baskılanmış süpermakrogözenekli kriyojellerin hazırlanması
Preparation of Fe(III) imprinted supermacroporous cryogels for iron removal from thalassemia patient plasma
SEVGİ ASLIYÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
BiyolojiHacettepe ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADİL DENİZLİ
PROF. DR. MEHMET ALİ ONUR
- İmmunoglobulin G saflaştırılması için L-lizin baskılanmış seçici kriyojellerin hazırlanması
Preparation of L-lysine imprinted specific cryogels for immunoglobulin G purification
SENEM ÇULHA
- Karbonik anhidraz enziminin saflaştırılması için moleküler baskılanmış kriyojellerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of molecularly imprinted cryogels for carbonic anhydrase purification
MURAT UYGUN
Doktora
Türkçe
2012
BiyokimyaAdnan Menderes ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİFE ALEV KARAGÖZLER
PROF. DR. ADİL DENİZLİ
- Preparation of cryogel columns for depletion of hemoglobin from human blood
İnsan kanından hemoglobin uzaklaştırılması için kriyojel kolonlarının hazırlanması
ALİ DERAZSHAMSHIR
