Altın nanopartiküller kullanılarak kortizol için plazmonik sensör sinyalinin seçici yükseltilmesi
Selective amplification of plasmonic sensor signal for cortisol by use of gold nanoparticles
Yazar: GAYE EZGİ YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Altın alaşımları = Gold alloys ; Hidrokortizon = Hydrocortisone ; Polimerler = Polymers ; Sensörler = Sensors ; Yüzey plazmon rezonans teorisi = Surface plasmon resonance theory

Özet:
Kortizol, psikolojik ve fizyolojik strese tepki olarak insan vücudu tarafından salınan bir steroid hormonudur. Kortizol, sinir, bağışıklık, kardiyovasküler solunum, üreme, kas-iskelet, örtü sistemleri gibi hemen hemen her organ sistemini etkileyebilir. Bunun yanında kortizol, çok sayıda hastalık için bir biyobelirteçtir ve kan basıncı, glikoz seviyeleri ve kabohidrat metabolizması gibi çeşitli fizyolojik süreçlerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Ayrıca kardiyovasküler, immün, renal, iskelet ve endokrin sistemin homeostazında önemli bir rol oynar. Kortizolün sağlığa etkileri, hormonun vücutta ne sıklıkta dolaştığına bağlıdır. Kortizolün fazla veya az üretimi vücutta çeşitli hastalıklara neden olabilir. Bu yüzden kortizol tespitine yönelik etkin, duyarlı ve seçici bir yöntemin geliştirilmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada plazmonik sensör ile moleküler baskılama yöntemi ve altın nanopartiküller bir arada kullanılarak, yapay plazma, yapay idrar ve sulu çözeltilerden, kortizolü yüksek hassasiyet ve seçicilik ile tayin edebilen plazmonik bir sensör tasarlanmıştır. Bu amaç ile kortizol baskılanmış N-metakroil-(L)-histidin metil ester-altın nanopartiküller (MIP-AuNP), aynı reçeteyle hazırlanan kortizol baskılanmamış (AuNP-NIP) ve aynı reçeteyle hazırlanan altın nanopartikül eklenmeden kortizol baskılanmış (MIP) olmak üzere 3 adet plazmonik sensör hazırlanmıştır. Altın nanopartiküllerin boyut analizi yapıldıktan sonra hazırlanan her plazmonik sensör AFM, temas açısı ve FTIR-ATR spektrometre analizleri ile karakterize edilmiştir. Plazmonik sensör yanıtını yükseltmek amacı ile yapıya eklenen AuNP'lerin etki mekanizmasını incelemek için altın nanopartikül eklenmeden hazırlanan MIP plazmonik sensör ile AuNP-MIP plazmonik sensör arasında derişim analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler ışığında plazmonik sensörün verdiği sinyal yanıtları karşılaştırılmıştır. AuNP-MIP plazmonik sensör 0.01-100 ppb kortizol derişimleri arasında 0.9744 korelasyon katsayısı ile gerçek zamanlı analiz yaparken MIP plazmonik sensör 1-100 ppb kortizol derişimleri arasında 0.9862 korelasyon katsayısı ile gerçek zamanlı analiz edebildiği gözlenmiştir. AuNP-MIP plazmonik sensörün LOD ve LOQ değerleri 0.0082 ve 0.027 olarak hesaplanmış ve AuNP-MIP plazmonik sensörün Langmuir adsorpsiyon izoterm modeline uyduğu görülmüştür. Bunu yanı sıra AuNP-MIP, MIP ve AuNP-NIP plazmonik sensörleri ile klobetazol ve flutikazon yarışmacı ajanları ile seçicilik deneyleri yapılmış ve AuNP-MIP plazmonik sensörün klobetazole ve flutikazona göre sırasıyla 6.26 ve 6.11 kat daha seçici olduğu görülmüştür. Ayrıca baskılama etkinliğini belirlemek için ise AuNP-MIP ve AuNP-NIP plazmonik sensörleri ile aynı yarışmacı ajanlar kullanılmış ve AuNP-MIP plazmonik sensörün kortizol molekülüne AuNP-NIP plazmonik sensöre göre 4.96 ve 4.71 kat daha seçici olduğu görülmüştür. AuNP-MIP plazmonik sensörün beş defa peşpeşe yapılan tekrar kullanılabilirlik analizinde herhangi bir performans kaybı olmadan kortizol tayin edebildiği sonucuna varılmıştır. Buna ek olarak AuNP-MIP plazmonik sensörün sadece sulu ortamda değil yapay plazma ve yapay idrar gibi karmaşık bir ortamda da kortizol tayin edebildiği görülmüştür. Validasyon çalışmaları yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) cihazı ile yapılmıştır.

Abstract:
Cortisol is a steroid hormone released by the human body in response to psychological and physiological stress. Cortisol can affect almost every organ system such as nervous, immune, cardiovascular, respiratory, reproductive, musculoskeletal, and covering systems. Besides, cortisol is a biomarker for numerous diseases and plays an important role in regulating various physiological processes such as blood pressure, glucose levels and carbohydrate metabolism. It also plays an important role in homeostasis of the cardiovascular, immune, renal, skeletal and endocrine systems. The health effects of cortisol depend on how often the hormone circulates in the body. High or low level amount of cortisol production can cause various diseases in the body. Therefore, it is very important to develop an effective, sensitive and selective method for the detection of cortisol. In this study, a plasmonic sensor that can detect cortisol from artificial plasma, artificial urine and aqueous solutions with high sensitivity and selectivity was designed by using a combination of plasmonic sensor, molecular imprinting method and gold nanoparticles.
With this purpose; Three plasmonic sensors were prepared: cortisol imprinted N-metacroyl-(L)histidine methyl ester-gold nanoparticles- MIP-AuNP, NIP-AuNP prepared with the same recipe without cortisol imprinting and also cortisol imprinted MIP prepared with the same recipe without adding gold nanoparticles. After the size determination of the gold nanoparticles, each prepared plasmonic sensor was characterized by AFM, contact angle and FTIR-ATR spectrometry analyses. Concentration analyzes were performed with the MIP plasmonic sensor prepared without adding gold nanoparticles and the AuNP-MIP plasmonic sensor in order to examine the mechanism of action of AuNPs added to the structure in order to increase the plasmonic sensor response. In the light of the data obtained, it was observed that while the AuNP-MIP plasmonic sensor was able to analyze in real time with a correlation coefficient of 0.9744 between 0.01-100 ppb cortisol concentrations, the MIP plasmonic sensor was able to analyze in real time with a correlation coefficient of 0.9862 between 1-100 ppb cortisol concentrations. The LOD and LOQ values of the AuNP-MIP plasmonic sensor were calculated as 0.0082 and 0.027, and it was seen that the cortisol adsorpsion onto the AuNP-MIP plasmonic sensor fit to the Langmuir adsorption isotherm model. In addition, selectivity experiments were performed with AuNP-MIP, MIP and AuNP-NIP plasmonic sensors using clobetasol and fluticasone selected as competitor agents, and it was found that the AuNP-MIP plasmonic sensor was 6.26 and 6.11 times more selective than clobetasol and fluticasone, respectively. Also, the same competitor agents were applied to the AuNP-MIP and AuNP-NIP plasmonic sensors to determine the imprinting efficiency, and it was observed that the AuNP-MIP plasmonic sensor was 4.96 and 4.71 times more selective to the cortisol molecule than the AuNP-NIP plasmonic sensor. It was concluded that the AuNP-MIP plasmonic sensor was able to detect cortisol without any loss of performance in five consecutive reusability analysis. In addition, it has been observed that the AuNP-MIP plasmonic sensor can detect cortisol not only in aqueous media but also in complex media such as artificial plasma and artificial urine. Validation experiments were performed with high performance liquid chromatography (HPLC) studies.