Amoksisilin baskılanmış yüzey plazmon rezonans nanosensörler
Amoxicillin imprinted surface plasmon resonance nanosensors
Yazar: SONA FAALNOURI
Danışman: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Antibiyotikler, bakteriyal enfeksiyonları tedavi etmek ve önlemek amacıyla kullanılan antimikrobiyal ilaçlardır. Bu ilaçlar bakteriyi öldürmekte ya da büyümesini durdurmaktadırlar. Amoksisilin (AMOX) birçok bakteri enfeksiyonunu tedavi etmek için kullanılan antibiyotiktir. Ancak antibiyotik direnci toplum sağlığını kontrol eden organizasyonlar tarafından paylaşılan ciddi bir halk sağlığı meselesidir. Bu nedenle, FDA ve Amerikan Veteriner Hekimler Birliği, antibiyotiklerin hayvansal gıda üretiminde kullanımının azaltılmasını sağlamaktadır.
Bu çalışma kalıntı analizinde geniş antibiyotik kalıntı yelpazesine sahip, çiftlik ve pastörize sütlerinde doğrudan ölçüm yapabilen, kesin ve güvenilir sonuç veren, bir tekniğin araştırılmasını hedeflemiştir. 
Biyolojik cevabı elektriksel sinyallere dönüştüren cihazlara "Biyosensör" denir. Biyosensörler bünyesinde biyolojik tanıma elemanı bulunduran ve fizikokimyasal dönüştürücü içeren analitik cihazlardır. Biyosensör alanındaki büyük gelişmelerle birlikte moleküler baskılanmış polimerler (MIP) dönüştürücülerle birleştirilmiş ve tayin edilecek analitle MIP arasındaki etkileşim işlenilebilir bir sinyale dönüştürülmüştür. Bu anlamda yüzey plazmon rezonans (SPR) temelli optik cihazlar büyük bir potansiyele sahiptirler. Bu çalışmada, amoksisilin tayinine yönelik moleküler baskılama tekniği kullanarak, SPR temelli nanosensör hazırlanması amaçlanmıştır. İlk aşamada AMOX ile etkileşerek boşluklar oluşturabilecek fonksiyonel N-metakriloil-(L)-glutamik asidin (MAGA) monomeri sentezlenmiştir. Optimum kalıp molekül belirlemek için, MAGA monomeri ve AMOX oranı, AMOX'in farklı oranlarda MAGA monomeri ile etkileştirilip, UV-görünür bölge spektrofotometre cihazıyla tespit edilmiştir ve optimize edilen bu orana göre nanosensör hazırlama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Nanosensör hazırlama çalışmaları sırasıyla Mikro-temas yöntemi ile AMOX baskılanmış PHEMAGA (MIP) ve baskılanmamış PHEMAGA (NIP) ince filmi modifiye edilmiş nanosensörlerin hazırlanması, ayrıca AMOX baskılanmış PHEMAGA (MIP) ve baskılanmamış PHEMAGA (NIP) nanopartiküller modifiye edilmiş nanosensörlerin hazırlanmasıyla iki farklı şeklinde gerçekleştirilmiştir.
Hedeflenen derişim aralığına inmek amacıyla çalışmanın ikinci kısmında AMOX baskılanmış PHEMAGA (MIP) nanopartiküller iki fazlı miniemülsiyon polimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Yağ fazı, faz I'e yavaşça eklenmiştir. Karışım, 25.000 rpm de homojenizatörde homojenize edildikten sonra faz II ile karıştırılmıştır. Sodyum bisülfit ve amonyum persülfat başlatıcısının eklenmesinden sonra polimerizasyon işlemi 40°C de 24 saat süreyle gerçekleştirilmiştir. Kontrol deneyleri için AMOX baskılanmadan nanopartiküller aynı koşullarda sentezlenmiştir. 
Sentezlenen nanopartiküller, zeta boyut analizi ile karakterize edilmiştir. AMOX baskılanmış PHEMAGA (MIP) ve baskılanmamış PHEMAGA (NIP) nanofilm ve nanopartikül ile hazırlanan SPR nanosensörlerin karakterizasyon çalışmaları FTIR-ATR, Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), Temas açısı (CA) ve Elipsometre ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. 
AMOX baskılanmış PHEMAGA (MIP) nanofilm ve nanopartikül tutturulmuş SPR nanosensör ile AMOX arasındaki etkileşimlerinin kinetik ve adsorpsiyon modelini belirlemek amacıyla dört farklı izoterm modeli uygulanmıştır: Scatchard, Langmuir, Freundlich ve Langmuir-Freundlich (LF) modelleri.
Bu çalışmanın AMOX tayinine yönelik, mikro-temas yöntemiyle nanofilm tutturularak hazırlanan nanosensörün ve nanopartikül tutturularak hazırlanan nanosensörün avantajlarının karşılaştırılması bakımından, literatüre katkı sağlayacağı düşünülmektedir.


Anahtar Kelimeler: Yüzey plazmon rezonans (SPR), Moleküler baskılanmış polimer (MIP), Mikro-temas, Nanopartikül, Amoksisilin.

Abstract:
Antibiotics are a type of antimicrobial drug used in the treatment and prevention of bacterial infections. They may either kill or inhibit the growth of bacteria. AMOXicillin (AMOX) is also an antibiotic for the treatment of a number of bacterial infections, but antibiotic resistance is a serious public health concern shared by the animal health community. That's why the FDA and American Veterinary Medical Association to ensure the responsible use of antibiotics in animals that produce food. 
This study aims to investigate a technique for the antibiotic residue analysis that can detect a wide range of antibiotic residues directly in drinking milk by producing reliable and definitive results. 
Devices which convert the biological response to electrical signals are defined as ''Biosensors''. Biosensor containing biological elements and physicochemical transducers is a type of analytical device. Molecularly imprinted polymers were unified with the transducers through major developments in the field of biosensors and interactions between analyte and MIP can be converted into a processed signal. In this sense, surface plasmon resonance (SPR) based optical devices have a great potential.
In this study, SPR based nanosensors are intended to prepare for the detection of AMOXicillin in milk by using molecular imprinting technique. For this purpose, first N-methacryloyl-(L)-glutamic acid (MAGA) monomer was synthesized, then to define the optimum ratio between template AMOX molecule and MAGA monomer, template molecules and MAGA monomer were mixed in different ratios and the optimum ratio was determined by using UV-visible region spectrophotometry. Nanosensor preparation studies were realized according to the optimized ratio conditions. Nanosensors are prepared in two stages with a micro-contact method by AMOX imprinted nanofilm and by attaching AMOX imprinted nanoparticles to the gold surface of the chip. For this specified purpose in the first stage, AMOX imprinted PHEMAGA (MIP) nanofilm was attached onto the allyl mercaptan modified gold chip surface by micro-contact method.
In the second part of the study, to work in a targeted concentration range PHEMAGA (MIP) nanoparticles were synthesized by a two-phase mini-emulsion polymerization method. Then the prepared oil phase was slowly added to the first aqueous phase. In order to obtain mini-emulsion, the mixture was homogenized at 25 000 rpm by a homogenizer. After homogenization, the mixture was added to the PHASE II. Then, initiators, sodium bisulfite, and ammonium persulfate were added to the solution. Polymerization was continued for 24 h at 40°C. Besides this, for a control experiment, the non-imprinted PHEMAGA (NIP) nanoparticles were synthesized by applying same procedure with imprinted nanoparticles except the addition of template AMOX molecules.
Size distribution of the prepared nanoparticles was characterized by zeta size measurements. SPR biosensors prepared by AMOX imprinted PHEMAGA (MIP) and non-imprinted PHEMAGA (NIP) nanofilms and nanoparticles then, characterized by FTIR-ATR, Atomic force microscope (AFM), Contact angle (CA), Ellipsometer measurements.
To determine the kinetic and adsorption models of interactions between [PEDMALM-HSA] (MIP) nanofilm and nanoparticles attached to SPR nanosensor and AMOX solution, four different adsorption models named Scatchard, Langmuir, Freundlich, and Langmuir-Freundlich (LF) were employed.
This study will contribute to the literature by comparing the advantages of the nanofilm attached nanosensor prepared by micro-contact method and nanoparticles attached nanosensor.


Keywords: Surface plasmon resonance (SPR), Molecular imprinted polymer (MIP), Micro-contact, Nanoparticle, Amoxicillin.