Next-generation biosensor systems for environmental water quality monitoring
Çevresel su kalitesi izleme için yeni nesil biyoensör sistemleri
- Tez No: 889980
- Danışmanlar: PROF. DR. APRİL Z. GU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Northeastern University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 340
Özet
Suyumuzda artan sayıda yeni ortaya çıkan kirleticilerle ilgili tanınan ve bilinmeyen sağlık riskleri ile zararlı çevresel etkiler, hepimiz için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Bu durum, bu kirleticilerin akıbetini ve taşınmasını anlamak, maruziyet değerlendirmesi yapmak ve bu tehditleri ortadan kaldırmak için düzenleyici karar alma süreçlerinde gerekli olan duyarlı, uygulanabilir ve etkili su kirleticileri izleme yöntemlerine yönelik acil bir ihtiyaç doğuruyor. Mevcut su kirleticilerinin tespiti çoğunlukla zaman alıcı, pahalı ve yüksek eğitimli personel gerektiren kimyasal analizlere (örneğin, GC-MS, HPLC-MS, vb.) dayanmaktadır ve bu nedenle çevredeki kirleticilerin yeterince sık izlenmesine olanak tanımaz. Daha kapsamlı, yerinde izleme sağlamak için duyarlı, basit, hızlı, maliyet etkin ve taşınabilir tespit yöntemlerine büyük bir ihtiyaç vardır. Biyosensörler gibi algılama teknolojilerinin, çevresel izleme için uygun bir alternatif veya tamamlayıcı analitik yöntemler olarak hizmet ettiği gösterilmiştir. Genel olarak, biyosensörler, biyolojik bir malzeme (örneğin, enzimler, antikorlar, nükleik asitler, doğal ürünler vb.) veya bir biyomimik (örneğin, sentetik reseptörler, baskılanmış polimerler vb.) içeren ve bir fizikokimyasal dönüştürücü veya mikro sistemle bütünleşmiş analitik algılama cihazları olarak tanımlanır. Bu dönüştürücü, optik, elektrokimyasal, termometrik, piezoelektrik, manyetik veya mikromekanik olabilir. Çevresel kirleticilerin tespitinde biyosensörlerin geleneksel analitik tekniklere göre başlıca avantajları; taşınabilirlik, minyatürleştirilebilme, yerinde çalışma olanağı, daha kolay kullanım, daha düşük maliyet ve kirleticilerin kompleks matrislerde minimum örnek hazırlığı ile ölçülebilmesidir. Bu çalışmanın amaçları, çeşitli çevresel kirleticilerin hızlı, yeniden kullanılabilir, kolay kullanımlı, spesifik, gerçek zamanlı ve yerinde tespiti için geliştirilen ve potansiyel olarak taşınabilir biyosensör sistemlerinin geliştirilmesi ve uygulanmasının gösterilmesidir. İki ayrı algılama sistemi kullanarak bir dizi biyosensör geliştirdik; biri sönümlenen dalga optik fiber sistemi ve diğeri SWCNT tabanlı nanobiyosensör sistemi. Her bir algılama sistemi için, antikor gibi geleneksel biyotanıma elemanları ve aptamer, DNAzim ve G-kuadrupleks gibi yeni nesil biyotanıma elemanlarının kullanımını araştırdık. Bu iki algılama sistemi ve çeşitli biyotanıma elemanları ile farklı sınıflardaki çevresel kirleticiler için biyosensörler geliştirebileceğimizi gösterdik. Bu kirleticiler arasında metaller, organik kirleticiler (EDC'ler), antibiyotikler, virüsler ve bakteriler bulunmaktadır. İlk olarak, Kurşun iyonu (Pb2+), 17-β Estradiol, Bisfenol A, E coli 0157H:7 ve adenovirüsün gerçek zamanlı tespiti için aptamerler, DNAzim ve antikor gibi biyotanıma elemanlarını kullanarak taşınabilir bir optik fiber algılama sistemi üzerinde beş biyosensör geliştirdik. Optik fiber sistemlerinin verimliliği, doğruluğu, düşük maliyeti ve yüksek matris etkili numunelerde hızlı tespit için uygunluğu nedeniyle, geleneksel algılama yöntemlerine umut verici alternatiflerdir.
Özet (Çeviri)
The recognized and unknown health risks and the harmful environmental impacts associated with the ever-increasing number of emerging pollutants in our water present a serious threat to us all. This poses a pressing need for sensitive, feasible and effective water pollutants monitoring methods, which are required for understanding the fate and transport of these pollutants, for exposure assessment and for regulatory decision making to eliminate these threats. Current water pollutants detection mostly rely on chemical analysis (i.e., GC-MS, HPLC-MS, etc.) that are often time consuming, expensive and require highly trained personnel and therefore do not allow sufficiently frequent monitoring of contaminants in the environment. There is a great need for sensitive, simple, rapid, cost-effective and portable detection methods to allow more comprehensive, on-site monitoring with special and temporal resolutions. Sensing technologies such as biosensors have been shown to serve as a suitable alternative or as complementary analytical methods for environmental monitoring. In general, biosensors are defined as analytical sensing devices incorporating a biological material (i.e., enzymes, antibodies, nucleic acids, natural products, etc.), or a biomimic (i.e., synthetic receptors, imprinted polymers, etc.) intimately integrated within a physicochemical transducer or transducing microsystem, which may be optical, electrochemical, thermometric, piezoelectric, magnetic or micromechanical. The main advantages of biosensors, over traditional analytical techniques for the detection of environmental contaminants, are the possibility of portability, miniaturization and work on-site, easier to use, less costly and the ability to measure pollutants in complex matrices with minimal sample preparation. The objectives of this study are to develop and demonstrate the application of improved potentially portable biosensor systems for rapid, reusable, easy-to-use, specific, real time and on-site detection for various environmental pollutants with either enhanced performance or novel sensing mechanisms. We have developed a number of biosensors using two separate sensing systems; one is evanescent wave optical fiber system and another is SWCNT based nanobiosensor system. For each of the sensing systems, we explored the employment of various biorecognition elements including conventional element such as antibody and newer generation biorecognition elements such as aptamer, DNAzyme and G-quadruplex. We have demonstrated that with these two sensing systems and with various biorecognitions comments, we can develop biosensors for different classes of environmental pollutants including metals, organic pollutants (EDCs), antibiotics, virus and bacteria. iii First, we developed five biosensors on a portable optical fiber sensing system for real-time detection of Lead ion (Pb2+), 17-β Estradiol, Bisphenol A, E coli 0157H:7 and adenovirus, using aptamers, DNAzyme and antibody as biorecognition elements, respectively. Because of the optical fiber systems' efficiency, accuracy, low cost, and suitability for rapid detection in high matrix effect samples, they are promising alternatives to traditional sensing methods. Additionally, with these properties, the optical fiber based biosensor systems are quite appropriate for real-time, on-site and multi detections. Lead ion (Pb2+) is one of the most toxic metallic pollutants that can cause neurological, reproductive, cardiovascular, and developmental disorders even at very low levels (
Benzer Tezler
- Synthesis of ZnCdSSe, CdSSeTe quaternary and ZnCdSSeTe quinary alloy quantum dots via two phase synthesis method
ZnCdSSe, CdSSeTe dörtlü ve ZnCdSSeTe beşli alaşım kuantum noktacıklarının iki faz sentez yöntemi ile sentezlenmesi
MERVE ERKAN
- Bacterial cellulose production using enzymatic hydrolysate of olive pomace
Zeytin küspesinin enzimatik hidrolizatından bakteriyel selüloz üretimi
CEREN SAĞDIÇ ÖZTAN
Doktora
İngilizce
2023
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
PROF. DR. MELEK TÜTER
- Cod removal and electricity generation in microbial fuel cells fed with brewery wastewater.
Mikrobiyal yakıt hücresinde bira atıksuyunun kullanıldığı şartlarda karbon giderimi ve elektrik üretimi
SEVİL ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM KARAHAN
- Selülozik atıklardan hareketle iletken kompozit eldesi karakterizasyonu ve bazı uygulamaları
Characterization of conductive composite based on cellulosic wastes and some applications
PELİN YAZICI
Doktora
Türkçe
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU
- Functionalization and fabrication of polymer based device platform architectures for sensor applications
Sensör uygulamaları için polimer tabanlı cihaz yüzeylerinin fonksiyonlandırılması ve üretilmesi
SANİYE SÖYLEMEZ
Doktora
İngilizce
2018
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE