Evsel atıklardan nanopartikül eldesi ve glukoz biyosensörü tasarımında kullanımı
Obtaining nanoparticles from domestic wastes and their use in glucose bi̇osensor design
Yazar: SEVDA ÜÇDEMİR PEKTAŞ
Danışman: PROF. DR. FATMA ARSLAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry
Dizin: Evsel atıklar = Domestic wastes ; Siyah çay = Black tea ; Yeşil sentez = Green synthesis

Özet:
Nanoteknoloji, fonksiyonel materyaller elde etmek amacıyla nanopartiküllerin tasarlanmasını ve sentezlenmesini amaçlayan multidisipliner bir bilim dalıdır. Nanopartiküller (1-100 nm) sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı pek çok alanda kullanılmaktadır. Nanopartikül sentezi kimyasal, fiziksel ve biyolojik teknikler kullanılarak yapılabilmektedir. Kullanılan kimyasal yöntemlerin toksik olma, üretim hızının düşük olması, maliyetin çok olması ve verimin düşük olması gibi dezavantajları bulunmaktadır. Bu nedenlerle çevre dostu ve düşük maliyetli yeşil sentez yöntemi, kimyasal ve fiziksel yöntemlere alternatif olarak geliştirilmiştir. Yeşil sentez yönteminde bitkiler, bakteriler, algler ve mantarlar kullanılmaktadır. Şehirleşmenin artmasıyla birlikte evsel katı atıklar yerleşim merkezlerinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri haline gelmiş ve atıkların bertaraf edilmesi ile teknoloji alanına kazandırılması oldukça önem kazanmıştır. Yapılan bu çalışmada, evsel çay atığı özütü kullanılarak gümüş nanopartiküllerin biyosentezi gerçekleştirilmiştir. Nanopartikül oluşumu çözelti renginin sarımsı turuncudan koyu kahverengiye dönüşmesi ile gözlenmiştir. Gümüş nanopartikül karakterizasyonu UV-Vis spektroskopisi, FTIR ve SEM ile yapılmıştır. UV-Vis spektrospisi ile 450 nm'de maksimum absorbans verdiği, partikül boyutlanının ortalama 70 nm olduğu tespit edilmiştir. Karakterize edilen gümüş nanopartikül ile modifiye edilmiş karbon pasta elektrot hazırlanmıştır. Hazırlanan karbon pasta elektrot yüzeyine glukoz oksidaz enzimi çapraz bağlama yöntemi ile immobilize edilmiştir. Glukoz tayini, hazırlanan enzim elektrotun yüzeyinde gerçekleşen enzimatik tepkime sonucu oluşan hidrojen peroksidin +0,4 V 'da yükseltgenmesi esasına dayanılarak yapılmıştır. Glukoz tayinine pH ve sıcaklık etkisi incelenmiş ve doğrusal çalışma aralığı 1,0x10-7 - 1,0x10-6 M olarak belirlenmiştir. Km(göz) ve Imax değerleri sırasıyla 0,0129 μM ve 38,5 μA olarak bulunmuştur. Ayrıca enzim elektrotun tekrar kullanılabilirliği ve raf ömrü tayin edilmiştir. Hazırlanan biyosensör cevabı üzerine girişim yapabilecek maddelerin etkileri incelenerek, biyosensör meyve suyunda ve sentetik kan örneğinde glukoz ölçümü için test edilmiştir. Glukoz miktarı sentetik kan numunesinde 1,0±(0,0014)x10-6 M, meyve suyunda 44,37 ± 4,14 g/L olarak bulunmuştur.

Abstract:
Nanotechnology is a multidisciplinary branch of science that aims to design and synthesize nanoparticles in order to obtain functional materials. Nanoparticles (1-100 nm) are used in many fields due to their physical and chemical properties. Nanoparticle synthesis can be performed using chemical, physical and biological techniques. The chemical methods used have disadvantages such as being toxic, low production speed, high cost and low efficiency. For these reasons, it has been developed as an alternative to chemical and physical methods with an environmentally friendly and low-cost green synthesis method. Plants, bacteria, algae and fungi are used in the green synthesis method. With the increase in urbanization, household solid waste has become one of the biggest problems encountered in residential centers, and it has become very important to dispose of waste and bring them to the technology field. In this study, the biosynthesis of silver nanoparticles was carried out using household tea waste extract. Nanoparticle formation was observed by changing the color of the solution from yellowish orange to dark brown. Silver nanoparticle characterization was performed by UV-Vis spectroscopy, FTIR and SEM. It was determined by UV-Vis spectroscopy that it gives a maximum absorbance at 450 nm and the average particle size is 70 nm.  A modified carbon paste electrode was prepared with the characterized silver nanoparticle. The prepared carbon paste was immobilized on the electrode surface by the glucose oxidase enzyme cross-linking method. Glucose determination was made on the basis of oxidation of hydrogen peroxide at +0.4 V, which was formed as a result of enzymatic reaction on the surface of the prepared enzyme electrode. The effect of pH and temperature on glucose determination was studied and the linear operating range was determined as 1.0x10-7 – 1.0 x 10-6 M. The Km and Imax values were found to be 0.0129 µM and 38.5 µA, respectively. In addition, the reusability and shelf life of the enzyme electrode were determined. By examining the effects of substances that may interfere with the prepared biosensor response, the biosensor was tested for glucose measurement in fruit juice and synthetic blood sample. The amount of glucose was found to be 1.0±(0.0014)x10-6 M in the synthetic blood sample and 44.37 ± 4.14 g/L in fruit juice.