Grafen temelli elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of graphene based electrochemical biosensors
Yazar: DURSUN YAŞAR BAYRAMLI
Danışman: PROF. DR. DURALİ MENDİL ; PROF. DR. FİLİZ KURALAY
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, glikoz ve ürenin amperometrik tayini amacıyla enzim/elektroaktif polimer/grafen/tungsten disülfür (WS2) modifiye nanokompozit yüzeye sahip kalem grafit elektrotlar (PGE'ler) hazırlandı. Glikoz oksidaz (GOx) ve üreaz (Urs) enzimlerini elektrot yüzeyine kararlı ve verimli bir şekilde bağlamak amacıyla orto-fenilendiamin (oPD), pirol (Py) ve grafen kullanıldı. Optimum koşullarda üretilen PPy-grafen/WS2 nanokompozit yüzeye enzim immobilizasyonunun kararlı bir şekilde yapılabilmesi için glutaraldehit (GA) yardımıyla çapraz bağlayıcı kullanıldı. Bu şekilde üretilen GOx/PPy-grafen/WS2 modifiye ve Urs/PPy-grafen/WS2 modifiye enzim elektrotlar sırasıyla duyarlı ve seçici amperometrik glikoz ve üre biyosensörleri olarak kullanıldı. Elektrotların elektrokimyasal davranışları dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile belirlendi. Elektrotların morfolojik ve yüzey karakterizasyonları ise taramalı elektron mikroskopisi (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile yapıldı. Enzimlerin çalışma performansına etkisi bulunan enzim konsantrasyonu, enzim immobilizasyon süresi, ortamın pH değeri ve çalışma potansiyeli gibi parametreler optimize edildi. GOx modifiye glikoz biyosensörünün çalışma aralığı 0.05 mM ile 7 mM olup, teşhis sınırı 12.3 μM olarak hesaplanırken, Urs modifiye üre biyosensörünün çalışma aralığı 0.25 mM'den 18 mM'ye kadar olup, teşhis sınırı 30.1 μM olarak hesaplandı. Girişim çalışmaları glikoz biyosensörü için askorbik asit ve üre varlığında yapılırken, üre biyosensörü için glikoz ve askorbik asit varlığında gerçekleştirildi ve türlerin cevaba önemli bir etkisinin olmadığı tespit edildi. Geri kazanım çalışmaları ise glikoz için seyreltilmiş serumda, üre için seyreltilmiş idrar örneklerinde gerçekleştirildi.

Abstract:
In this thesis, pencil graphite electrodes (PGEs) with enzyme/electroactive polymer/graphene/tungsten disulfide (WS2) modified nanocomposite surface were prepared for the amperometric determination of glucose and urea. Ortho-phenylenediamine (oPD), pyrrole (Py) and graphene were used to stably and efficiently bind glucose oxidase (GOx) and urease (Urs) enzymes to the electrode surface. Glutaraldehyde (GA) crosslinker was used for stable enzyme immobilization to the PPy-graphene/WS2 nanocomposite surface produced under optimum conditions. So-formed GOx/PPy-graphene/WS2 modified and Urs/PPy-graphene/WS2 modified enzyme electrodes were used as sensitive and selective amperometric glucose and urea biosensors, respectively. Electrochemical behavior of the electrodes was determined by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Morphological and surface characterizations of the electrodes were performed by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Parameters that affect the working performance of the enzymes such as enzyme concentration, enzyme immobilization time, pH value of the environment and working potential were optimized. The working range of the GOx modified glucose biosensor was 0.05 mM to 7 mM, with a detection limit of 12.3 μM, while the operating range of the Urs modified urea biosensor was from 0.25 mM to 18 mM, with a detection limit of 30.1 μM. Interference studies were performed in the presence of ascorbic acid and urea for the glucose biosensor, whereas for the urea biosensor, they were performed in the presence of glucose and ascorbic acid, and it was determined that the species did not have a significant effect on the amperometric current. Recovery studies were carried out in diluted serum for glucose and diluted urine samples for urea.