Kaliksaren türevli QCM biyosensörlerin hazırlanması ve aminoasitler için algılama özelliklerinin incelenmesi
Preparation of QCM biosensors with calixarene derivative and investigation of their sensing properties for amino acids
Yazar: FARABİ TEMEL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TABAKCI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kaliksarenler = Calixarenes ; Sensörler = Sensors

Özet:
Bu çalışma, kiral kaliskaren kaplı yeni kuartz kristal mikroterazi (QCM) sensörlerin hazırlanmasını ve bu sensörlerin bazı amino asitler için algılama özellikleri araştırılarak etkili ve seçimli biyosensör-biyoanalit çiftlerinin belirlenmesini içermektedir. Bu amaçla, QCM kristal yüzeyine kaplamak üzere farklı yapıda kiral kaliks[4]aren türevleri (amit ya da Schiff bazı fonksiyonlu) sentezlendi ve yapıları, FTIR ve 1H-NMR gibi spektroskopik yöntemlerle aydınlatıldı. Sentezlenen kiral kaliks[4]aren türevlerinin çözeltide bekletme yöntemi ile QCM yüzeyine kaplanması sonucu elde edilen yeni modifiye QCM sensörler ile bazı amino asit (D-/L-alanin, -arjinin, -fenilalanin, -serin ve -triptofan) türevleri için algılama çalışmaları gerçekleştirildi. Kiral ayrım değerlerine göre alanin ve arjinin izomerleri için 10c bileşiğinin kaplandığı QCM biyosensörlerin etkili olduğu görüldü. Stokiyometrik oran değerlerine göre ise alanin, arjinin, fenilalanin ve serin için 10c, triptofan için ise 10d bileşiklerinin kaplandığı QCM biyosensörlerin algılamada etkili olduğu görüldü. Algılama sürecinde QCM yüzeyindeki kiral kaliks[4]aren molekülleri ile analit molekülleri arasında hidrojen bağı etkileşimlerinin başlıca rol oynadığı ve özellikle Schiff bazı fonksiyonlu kiral kaliks[4]aren türevlerinin en etkili algılayıcı malzemeler olduğu görüldü. Her iki değerlendirmeye göre de belirlenen biyosensör-biyoanalit çiftleri arasında farklı konsantrasyonlarda biyoanalit çalışmaları yapılarak biyosensörlerin minimum algılama limiti (LOD), hassasiyetleri (S) ve sensör tepkilerinin zaman sabitleri (τ) hesaplandı. Algılama sürecinin Langmuir ve Freundlich izotermleri ile biyosorpsiyon bakımından değerlendirmesi yapıldı. Belirlenen etkin biyosensör-biyoanalit çiftleri için kaliks[4]aren içeriğinin ve kaplama tekniğinin kiral ayrım üzerine etkisi incelendi. Farklı kaplama yöntemlerinden elde edilen QCM biyosensörlerin temas açısı ölçümleri ve AFM görüntüleri alındı. Biyosensörlerin biyoanalitlere karşı tekrarlanılabilirlik ve dayanıklılık testleri gerçekleştirilerek biyosensörlerin kullanım ömürleri ve kararlılıkları belirlendi. Ayrıca, kiral karışımlar için, yüzey yanıt yönteminin (YYY) merkezi kompozit tasarımı (MKT) ile seçimlilik çalışmaları da gerçekleştirildi.

Abstract:
This study includes that the preparation of chiral calix[4]arene coated quartz crystal microbalance (QCM) biosensors and the determination of efficient biosensor-bioanalyte pairs via studying of their sensing properties for some amino acids. For this aim, chiral calix[4]arene derivatives with different structures (amid or Schiff base functionalized) were synthesized for coating to QCM crystal surface, and their structures were characterized by some spectroscopic techniques such as FT-IR and 1H-NMR. It was performed the sensing studies for some amino acid (D-/L-alanine, -arginine, -phenylalanine, -serine and -tryptophan) derivatives with new QCM sensors which modified by coating of chiral calix[4]arene derivatives to QCM surface. According to chiral discrimination data, 10c modified QCM sensor was efficient biosensor on sensing for alanine and arginine isomers. According to stochiometric ratio data, 10c modified QCM sensor was efficient biosensor on sensing for alanine, arginine, phenylalanine, serine and 10d modified QCM sensor was efficient biosensor on sensing for tryptophan. In sensing process, it was observed that hydrogen bond interactions between analytes and chiral calix[4]arene derivatives on QCM surface have played an important role and especially, Schiff base functionalized chiral calix[4]arene was most effective sensing materials. Limit of detection (LOD), sensitivity (S) and time constants (τ) of sensor were calculated by studying at different analyte concentrations for biosensor-biyoanalyte pairs which specified by both approach (chiral discrimination and stochiometric ratio). Sensing progress was evaluated in terms of biosorption by Langmuir and Freundlich isotherms. Thus, LOD values of bioanalytes were determined. In further experiments, the effects of calix[4]arene content and coating method on chiral discriminations were examined for efficient biosensor-bioanalyte pairs. AFM images and contact angle measurements of QCM sensors which obtained from different coating methods were taken. Additionally, the reproducibility and the durability properties of biosensors were specified. Finally, the selectivity studies of chiral mixtures were performed by central composite design (CCD) of  response surface methodology (RSM).