Spermin ve spermidin tayini için (biyo)sensör geliştirilmesi
Development of (bio)sensor for spermine and spermidine determination
Yazar: TUĞÇE ÖZMEN DERKUŞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TAŞTEKİN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Diaminoksidaz = Diamine oxidase ; Prusya mavisi = Prussian blue ; Sensörler = Sensors ; Spermidin = Spermidine ; Spermin = Spermine

Özet:
Bu çalışmada, spermin ve spermidin tayini için Co3O4 nanopartikül ve karboksilli ve karboksilsiz çok duvarlı karbon nanotüp (c-MWCNT ve MWCNT) ile modifiye edilmiş perde baskılı karbon elektrotlar (SPE) üzerine diamin oksidaz (DAO) enziminin immobilize edilmesi ve yüzeyin nafyon (NF) ile kaplanmasıyla amperometrik enzim biyosensörleri geliştirildi. Elektrodun modifikasyonunda kullanılan Co3O4 nanopartikül ve çok duvarlı karbon nanotüp miktarları merkezi kompozit tasarım ile optimize edildi. En uygun DAO enzim miktarı 0,005 U bulundu. Hazırlanan biyosensörler için optimum çalışma koşulları ve performans faktörleri belirlendi. NF/DAO/c-MWCNT- Co3O4NP/SPE biyosensörünün duyarlığı spermin için 51,6 µA/mM ve spermidin için 15,7 µA/mM, doğrusal çalışma aralığı spermin için 1,2×10-6˗2,6×10-4 M ve spermidin için 1,9×10-6˗1,8×10-3 M, gözlenebilme sınırı spermin için 4,4×10-7 M ve spermidin için 1,6×10-6 M olarak belirlendi. Çalışmada ayrıca Prusya mavisi medyatörü kullanılarak NF/DAO/MWCNT-Co3O4NP-PM/SPE biyosensörü de tasarlanarak daha düşük çalışma potansiyelinde seçiciliğin artırılması ve benzer türlere yönelik girişim etkilerinin azaltılması hedeflendi. NF/DAO/MWCNT-Co3O4NP-PM/SPE biyosensörünün duyarlığı spermin için 11,2 µA/mM ve spermidin için 9,7 µA/mM, doğrusal çalışma aralığı spermin için 5,0×10-6˗1,5×10-4 M ve spermidin için 1,2×10-6˗8,4×10-5 M, gözlenebilme sınırı spermin için 4,2×10-6 M ve spermidin için 1,7×10-6 M olarak gözlendi. Ayrıca NF/DAO/c-MWCNT-Co3O4NP/SPE biyosensörü ile malt içeceğinde spermin için %(100,5 ± 1,7) ve spermidin için %(100,8 ± 1,9) geri kazanım ile tayin yapılabildiği görüldü.

Abstract:
In this investigation, the immobilization of diamine oxidase (DAO) enzyme onto modified screen-printed carbon electrodes (SPE), subsequently coated with Nafion (NF) and incorporating Co3O4 nanoparticles, as well as carboxylated and carboxyl-free multi-walled carbon nanotubes (c-MWCNT and MWCNT), was undertaken for the precise determination of spermine and spermidine. The quantities of Co3O4 nanoparticles and multiwall carbon nanotubes for electrode modification were systematically optimized using a central composite design. The optimal quantity of DAO enzyme was identified as 0.005 U. The study elucidated the optimal working conditions and performance characteristics of the developed biosensor. The calibration sensitivity of the NF/DAO/c-MWCNT-Co3O4NP/SPE biosensor was determined to be 51.6 µA/mM for spermine and 15.7 µA/mM for spermidine. The linear working range spanned from 1.2×10-6 to 2.6×10-4 M for spermine and 1.9×10-6 to 1.8×10-3 M for spermidine, with a limit of detection of 4.4×10-7 M for spermine and 1.6×10-6 M for spermidine. Through the design of the NF/DAO/MWCNT-Co3O4NP-PM/SPE mediated biosensor, the objective was to enhance selectivity at lower potentials and minimize interference effects from similar species. The sensitivity of the NF/DAO/MWCNT-Co3O4NP-PM/SPE biosensor was determined to be 11.2 µA/mM for spermine and 9.7 µA/mM for spermidine, with a linear working range extending from 5.0×10-6 to 1.5×10-4 M for spermine and 1.2×10-6 to 8.4×10-5 M for spermidine. The limit of detection for this biosensor was observed as 4.2×10-6 M for spermine and 1.7×10-6 M for spermidine. Furthermore, the NF/DAO/c-MWCNT-Co3O4NP/SPE biosensor demonstrated a recovery of %(100.5 ± 1.7) for spermine and %(100.8 ± 1.9) for spermidine in malt beverage.