Elektrokimyasal hibrit afinite elektrotların geliştirilmesi ve genel tarama kiti olarak kullanılabilirliklerinin araştırılması
Development of electrochemical hybrid affinity electrodes and evaluation of their usability as general screening kits
- Tez No: 952280
- Danışmanlar: PROF. DR. LOKMAN UZUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyokimya, Kimya, Biochemistry, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Moleküler baskılamış polimerler, aptasensörler, immünoafinite, iletken polimerler, nanopartiküller, patojen tayini, Molecularly imprinted polymers, aptasensors, immunoaffinity, conducting polymers, nanoparticles, pathogen detection
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Covid-19 pandemisinin hayatımıza girişiyle birlikte hızlı tanı kitlerinin geliştirilmesi gerekliliği yeniden hayatımıza girmiştir. Viral ve mikrobiyal bulaşanların tayini zaruri bir hal almıştır. Pandeminin yanı sıra gerek coğrafik tehlikeler gerek de halk sağlığı sorunları hızlı, güvenilir, ucuz ve kolay erişilebilen testlerin üretimi için, sunulan tez çalışmasında, 3 farklı patojen, 3 farklı yöntem ile 4 sensör sistemi ile tayin edilmiştir. Tez kapsamında, ilk olarak yüzme havuzları, saunalar gibi kontamine su yolu ile bulaşabilen, yoğun bakım ünitelerinde ciddi enfeksiyonların mortalite ve morbidite oranını artışına neden olan kamusal alanlardaki önemli tehlikelerden olan Pseudomonas aeruginosa bakterisi grafen-grafit hibrit yüzey üzerinde polidopamin polimerine baskılanmış ve elektrokimyasal olarak tayin edilmiştir. Moleküler olarak basılmış polidopamin filmleri, P. aeruginosa'nın kalıp moleküllerinin varlığında dopaminin kimyasal oksidasyonu ile grafen oksit modifiyeli grafit elektrotlar üzerinde hazırlanmıştır. Elektrotlar, döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve diferansiyel darbe voltametrisi (DPV) ile elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotlar ayrıca Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve taramalı, elektron mikroskobu (SEM) ile kimyasal olarak karakterize edilmiştir. Sonuçlara göre, filmler elektrotlar üzerine başarıyla biriktirildi ve grafen oksit ile birlikte artan elektriksel iletkenlik gösterdi. Kalıp çıkarıldıktan sonra, P. aeruginosa için seçici boşluklar açığa çıkarıldı. Elektrotların analitik performansları, 102 – 108 CFU/mL konsantrasyon aralığında DPV kullanılarak test edildi. Sensör ayrıca potansiyel müdahale eden rakipler olarak değerlendirilen Escherichia coli, Staphylococcus aureus ve Bacillus subtilis'e kıyasla P. aeruginosa'ya karşı seçicilikleri değerlendirilmiştir. Tezin ikinci çalışmasında, ilk vakanın açıklandığı 17 Kasım 2019'dan günümüze kadar 771 milyon vaka rapor edilen ve 7 milyondan fazla insanın hayatını kaybetmesine yol açan SARS-CoV-2 virüsünün yüzey peptitinin tayinini içermektedir. İmmünoafinite sensör arayüzeyi poli(pirol-pirol-3-karboksilik asit) [p(Py-PyCOOH)] nanotüp yüzeylerine kovalent olarak immobilize edilmiş Anti-SARS-CoV-2 antikorları ile elde edilmiştir. Anti-SARS-CoV-2 immobilize edilmiş nanotüplerin esnek perde baskılı karbon elektrotlara damlatılarak oluşturulmuştur. Elektrotlar, döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrokimyasal olarak karakterize edildi. Elektrotlar ayrıca Raman spektroskopisi, temas açısı ölçümleri ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile kimyasal olarak karakterize edildi. Sonuçlara göre, nanotüpler elektrotlar üzerine başarıyla biriktirilmiştir. Sensörün analitik performansları, 1 - 1000 pg/mL konsantrasyon aralığında EIS kullanılarak test edilmiştir. Sensör ayrıca potansiyel girişimci ajanlar olarak değerlendirilen immünoglobülin G (IgG), sığır serum albümin (BSA), hemoglobin (Hb), glikoz ve ürik aside karşı seçicilikleri değerlendirilmiştir. Tez çalışması kapsamında üretilen son iki sensör ise ilk olarak Kırım'da ve Kongo'da görülen göç eden kuşların taşıdığı kenelerden bulaşan, coğrafyamız için büyük tehlike arz eden Kırım-Kongo kanamalı ateşi akut virüsüne yönelik olarak hazırlanmıştır. Bu virüs için geliştirilen ilk sensör tasarımı DNA-temelli aptamerleri içermektedir. Yüzeylerinde elektrokimyasal olarak platin nanopartikül biriktirilmiş elektrotlara DNA aptamerin bağlanabileceği p(Py-PyCOOH) polimeri döngüsel voltametri ile 2 döngüde kaplanmıştır. DNA aptamerin kovalent olarak immobilize edildiği bu elektrotlar, döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve kronoamperometri (CA) ile elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotlar ayrıca Raman spektroskopisi (FTIR), temas açısı ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile kimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotların analitik performansları, 102 – 108 kopya/mL derişim aralığında EIS kullanılarak test edildi. Sensör ayrıca potansiyel girişimci ajanlar olarak değerlendirilen P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis ve SARS-CoV-2'ye karşı seçicilikleri değerlendirilmiştir. Son olarak, Kırım-Kongo kanamalı akut virüsü için moleküler baskılanmış sensörler hazırlanmıştır. Yüzeylerinde elektrokimyasal olarak PtNP biriktirilmiş elektrotlara Kırım-Kongo kanamalı ateşi akut virüsü içeren 4-aminofenil boronik asit (4-APBA) çözeltisi damlatılmış ve döngüsel voltametri ile 10 döngüde virüs içeren film elde edilmiştir. Yapıdaki virüs partikülleri PBS varlığında döngüsel voltametri ile 10 döngüde uzaklaştırılmıştır. Baskılanmamış elektrotlar virüs içermeyen 4-APBA çözeltisinin polimerleştirilmesiyle elde edilmiştir. bu elektrotlar, döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotlar ayrıca Raman spektroskopisi (FTIR), temas açısı ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile kimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotların analitik performansları, 102 – 108 kopya/mL derişim aralığında EIS kullanılarak test edilmiştir. Sensör ayrıca potansiyel girişimci ajanlar olarak değerlendirilen P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis ve SARS-CoV-2'ye karşı oldukça seçicilikleri değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The emergence of the COVID-19 pandemic has once again highlighted the necessity for the development of rapid diagnostic kits. The detection of viral and microbial pathogens has become imperative. In addition to the pandemic, geographical hazards and public health concerns have also underscored the need for rapid, reliable, cost-effective, and easily accessible tests. In the presented thesis study, three different pathogens were detected using three different methods with four sensor systems. As part of the thesis, the first study focused on Pseudomonas aeruginosa, a significant threat in public areas such as swimming pools and saunas, which can be transmitted through contaminated water and contribute to increased mortality and morbidity rates in intensive care units. In this study, P. aeruginosa bacteria were imprinted onto a polydopamine polymer surface on a graphene-graphite hybrid substrate and detected electrochemically. Molecularly imprinted polydopamine films were prepared on graphene oxide-modified graphite electrodes by the chemical oxidation of dopamine in the presence of P. aeruginosa template molecules. The electrodes were electrochemically characterized using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and differential pulse voltammetry (DPV). Additionally, the electrodes were chemically characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the films were successfully deposited onto the electrodes and exhibited enhanced electrical conductivity in the presence of graphene oxide. After template removal, selective cavities for P. aeruginosa were exposed. The analytical performance of the electrodes was tested using DPV within a concentration range of 10²–10⁸ CFU/mL. The sensor's selectivity was also evaluated against potential interfering competitors, including Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Bacillus subtilis, demonstrating a high specificity for P. aeruginosa. The second study in the thesis involved the detection of the SARS-CoV-2 virus surface peptide, responsible for over 771 million reported cases and more than 7 million deaths since the first case was identified on November 17, 2019. The immunoaffinity sensor interface was developed using Anti-SARS-CoV-2 antibodies covalently immobilized onto poly(pyrrole-pyrrole-3-carboxylic acid) [p(Py-PyCOOH)] nanotube surfaces. The anti-SARS-CoV-2 immobilized nanotubes were drop-cast onto flexible screen-printed carbon electrodes. The electrodes were electrochemically characterized using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Additionally, Raman spectroscopy, contact angle measurements, and scanning electron microscopy (SEM) were used for chemical characterization. The results demonstrated the successful deposition of nanotubes onto the electrodes. The sensor's analytical performance was evaluated using EIS in a concentration range of 1–1000 pg/mL. Its selectivity was assessed against potential interfering agents, including immunoglobulin G (IgG), bovine serum albumin (BSA), hemoglobin (Hb), glucose, and uric acid. The final two sensors developed within the scope of the thesis were designed for the detection of the Crimean-Congo hemorrhagic fever acute virus, which is transmitted by ticks carried by migratory birds and poses a significant threat to our geographical region. The first sensor design for this virus incorporated DNA-based aptamers. Electrodes electrochemically coated with platinum nanoparticles were modified with p(Py- PyCOOH) polymer via cyclic voltammetry in two cycles to allow the binding of DNA aptamers. These electrodes, onto which DNA aptamers were covalently immobilized, were electrochemically characterized using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and chronoamperometry (CA). Additionally, chemical characterization was performed using Raman spectroscopy (FTIR), contact angle measurements, and atomic force microscopy (AFM). The analytical performance of the electrodes was tested using EIS in a concentration range of 10²–10⁸ copies/mL. The sensor's selectivity was evaluated against potential interfering agents, including P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis, and SARS-CoV-2, demonstrating high specificity. Finally, molecularly imprinted sensors were developed for the detection of the Crimean- Congo hemorrhagic fever acute virus. Electrodes electrochemically coated with PtNP were treated with a solution of 4-aminophenylboronic acid (4-APBA) containing the Crimean-Congo hemorrhagic fever acute virus and subjected to 10 cycles of cyclic voltammetry to form a virus-containing film. The viral particles within the structure were subsequently removed using phosphate-buffered saline (PBS) through 10 cycles of cyclic voltammetry. Non-imprinted electrodes were prepared by polymerizing a virus-free 4- APBA solution. These electrodes were electrochemically characterized using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Chemical characterization was also conducted using Raman spectroscopy (FTIR), contact angle measurements, and atomic force microscopy (AFM). The analytical performance of the electrodes was tested using EIS in a concentration range of 10²–10⁸ copies/mL. The sensor's selectivity was evaluated against potential interfering agents, including P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis, and SARS-CoV-2, demonstrating high specificity.
Benzer Tezler
- Tetrapirol türevlerinin sentezi ve enerji alanındaki uygulamaları
Synthesis of tetrapyrole derivatives and applications in the field of energy
EKREM KAPLAN
- Çoklu makrohalkalı aromatik bileşiklerin sentezi ve afinite uygulamaları
Synthesis of multi macrocyclic aromatic compounds and their affinity applications
HİLAL KALKAN
- Karboksilik asitlerin sıvı kromatografik elektrokimyasal hibrit sistemleriyle eş zamanlı analizi için yöntem geliştirilmesi ve uygulamaları
Method development for simultaneous determination of carboxylic acids by liquid chromatographic hibrit systems and its applications
GÜLŞAH SAYDAN KANBEROĞLU
Doktora
Türkçe
2011
KimyaYüzüncü Yıl ÜniversitesiAnalitik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK
- Antikanser ilaç etkeni mitomisin C'nin nükleik asitler ile etkileşiminin tayinine yönelik hibrit nanobiyosensör tasarımı
Design of hybrid nanobiosensor for the determination of the interaction of anticancer drug active mitomycin C with nucleic acids
NURAY DENİZHAN
Doktora
Türkçe
2025
KimyaÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELEHATTİN YILMAZ
PROF. DR. DİLŞAT ARIKSOYSAL
- Hibrit elektrokimyasal oksidasyon ve elektrokoagülasyon prosesi ile petrokimya rafinerisi atıksuyunun arıtılması
Treatment of petrochemical refinery wastewater with hybrid electrochemical oxidation and electrocoagulation processes
EMİN TABBA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHADIR KÜRŞAD KÖRBAHTİ