Development of highly sensitive and selective dna sensors based on conducting polymers
İletken polimerlere dayalı yüksek hassasiyetli ve seçici dna sensörlerinin geliştirilmesi
- Tez No: 923819
- Danışmanlar: PROF. DR. JADRANKA TRAVAS SEJDIC
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The University of Auckland
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
Bu tezde rapor edilen araştırma, etiket kullanmayan elektrokimyasal DNA sensörlerinin hassasiyetini ve seçiciliğini artırmak için yenilikçi yöntemleri göstermektedir. Elektrokimyasal iletken polimerler (ECP'ler), sensör alt yapısı olarak kullanılmaktadır. Bu cihazlar için yeni üretim yöntemleri sunulmuştur. Sağlam ve çok yönlü bir mikro üretim tekniği olan – Direkt Yazma ile İletken Polimerler – ECP'lerin adreslenebilir şekilde desenlenmesi için geliştirilmiştir. Modifiye edilmiş bir Tarama İyon İletkenlik Mikroskobu (SICM) kullanılarak, çeşitli alt tabakalarda 2D ve 3D polipirrol (PPy) mikro yapılarının yerel elektrodepozisyonu gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, biyosensör dizileri için kullanılabilecek ECP dizileri üretmek adına çok umut vericidir. Oligonükleotid hibritleşmesi, çalışma elektrotunun ECP kaplamasına kovalent bağlanmış tamamlayıcı diziye bağlanması, ferro-ferrisiyanür redoks çiftinin reaksiyon empedansının artmasına neden olur. Bu etkinin, DNA polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) amplifikasyonunun ilerlemesini gerçek zamanlı olarak ölçmek için kullanılması gösterilmiştir. İleri primeri ECP'ye bağlanmıştır. Çözeltide diğer PCR bileşenleri ve redoks çifti bulunmaktadır. Her amplifikasyon döngüsü, kolayca ölçülebilir bir empedans artışı sağladı. Hedef konsantrasyonu, eşik empedansına ulaşan döngü sayısı ile tahmin edilebilir. İlke olarak kanıt olarak, tavuk kanından elde edilen toplam DNA'dan mitochondrial Sitochrom c oksidaz geninin 844 baz çiftlik bölgesinin, toplam DNA'nın yaklaşık 1 ppm'inde bulunan, elektrokimyasal gerçek zamanlı kantitatif PCR (e-PCR) ölçümü gösterilmiştir. Hedefin 2 kopya/μL kadar düşük bir miktarı, 10 PCR döngüsünden daha kısa bir sürede tespit edilip yarı kantitatif ölçümü yapılabilmiştir. Cihazların üretimi için kritik bir faktör, tanıma dizisinin elektrotlara bağlanma hızıdır ve kolaylığıdır. Burada, tanıma probunun doğrudan immobilizasyonu için kolay bir yöntem gösterilmiştir. Yeni monomerler tanımlanmış olup, bunlar karboksilat fonksiyonlu ve çok düşük oksidasyon potansiyellerine sahiptir. Amin (-NH2) fonksiyonlu oligonükleotitler (ON'ler), yeni sentezlenen monomerlerin karboksilik asit (-COOH) gruplarına bağlanabilmiştir. Fonksiyonel olarak aktif ECP filmleri, ON-fonksiyonlu monomerlerin doğrudan polimerizasyonu ile hazırlanmıştır. Polimerizasyon, yumuşak koşullarda ve 1 saniyeden daha kısa bir sürede tamamlanmıştır. Bu şekilde hazırlanan cihazlar, etiket kullanmayan tespit yöntemlerinde, aM seviyelerine kadar mükemmel hassasiyet, seçicilik ve tespit sınırları göstermiştir. Bu tezde gerçekleşmemiş olsa da, doğrudan yazma metodolojisi, bu tür sensörlerin endüstriyel ölçekli üretimi için kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
The research reported in this thesis demonstrates novel methods for increasing the sensitivity and selectivity of the label free electrochemical DNA sensors. Electrochemically conducting polymers (ECPs) are used as the sensor substrate. Novel fabrication methods for these devices are demonstrated. A robust and versatile micro fabrication technique – Direct Writing of Conducting Polymers - was developed for the addressable patterning of CPs. Utilizing a modified Scanning Ion Conductance Microscope (SICM), localized electrodeposition of 2- and 3D poly(pyrrole) (PPy) micro structures was realised on various substrates. This method is very promising to fabricate CP arrays that can be utilised in biosensor arrays. Oligonucleotide hybridization to a complementary sequence that is covalently attached to an ECP coating of the working electrode of an electrochemical cell causes an increase in reaction impedance for the ferro-ferricyanide redox couple. The use of this effect to measure, in real time, the progress of DNA polymerase chain reaction (PCR) amplification of a minor component of a DNA extract was demonstrated. The forward primer was attached to the ECP. The solution contained other PCR components and the redox couple. Each cycle of amplification gave an easily measurable impedance increase. Target concentration could be estimated by cycle count to reach threshold impedance. As proof of principle, an electrochemical real-time quantitative PCR (e-PCR) measurement in the total DNA extracted from chicken blood of an 844 base pair region of the mitochondrial Cytochrome c oxidase gene, present at ∼1 ppm of total DNA, was demonstrated. Detection and semiquantitation of as few as 2 copies/μL of target could be achieved within less than 10 PCR cycles. A critical factor for manufacture of devices is the speed and ease of attachment of the recognition sequence to the electrode. A facile method is demonstrated here for the direct immobilization of recognition probes. New monomers are described that are carboxylate functionalized and which have very low oxidation potentials. Amine (-NH2) functionalized oligonucleotides (ONs) could be attached to the carboxylic acid (-COOH) groups of the newly synthesized monomers. Functionally-active ECP films were prepared by direct polymerization of ON-functionalised monomers. The deposition was under mild conditions and was completed in less than 1 second. Devices prepared in this way showed remarkable sensitivity, selectivity and detection limits down to aM levels when used in the label-free detection method. Although not realised in this thesis the direct writing methodology could be used for an industrial-scale fabrication of such sensors.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of solution-gated graphene field-effect transistors and graphene hall sensors for developing microfluidic molecular communication receivers
Mikroakışkan moleküler haberleşme alıcılarının geliştirilmesi için çözüm kapılı grafen alan etkili transistörlerin ve grafen hall sensörlerinin üretimi ve karakterizasyonu
MARYAM KAHVAZI ZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KUŞCU
- Sürdürülebilir ve güvenli tarım için siyanobakteri toksinlerinin elektrokimyasal biyosensörlerle tayini
Detection of cyanobacterial toxins using electrochemical biosensors for sustainable and safe agriculture
ECE KESİCİ MEÇO
Doktora
Türkçe
2025
BiyokimyaBursa Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ECE ÜNÜR YILMAZ
- Patojenlerin tayini için nanomalzeme modifiye elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi ve uygulaması
Development and application of nanomaterial-modified electrochemical biosensors for the detection of pathogens
HÜSEYİN OĞUZHAN KAYA
Doktora
Türkçe
2024
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiAnalitik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN KARADENİZ
PROF. DR. SEDA NUR TOPKAYA ÇETİN
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY
- Aza–bodipy compounds with fluorescent property for determination of bio–thiols
Biyo–tiyollerin tayini için floresan özellikli aza–bodipy bileşikleri
BLEDA CAN SADIKOĞULLARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE ÖZDEMİR