İmpedans spektroskopisi için biyosensör hazırlanmasında kullanılma potansiyeli bulunan temel sensörlerde yüzey modifikasyon yöntemleri geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of surface modification techniques for the basic sensors potentially used in preparation of biosensors for impedance spectroscopy
Yazar: UMUT MENGÜLLÜOĞLU
Danışman: PROF. DR. ERHAN DİNÇKAYA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Elektrokimyasal impedans spektroskopisi sıvı/katı ara yüzeylerin karakterizasyonu amacıyla kullanılan yaygın bir elektrokimyasal yöntemdir. Bu yöntem, ara yüzeylerin dielektrik özellikleri ile ilgili bilgi sağlamaktadır. Bununla birlikte, elektrokimyasal reaksiyonların meydana geldiği durumlarda yük transfer değerleri hakkında da bilgi sunmaktadır. Elektrokimyasal impedans spektroskopisi, yüzey kaplama, bağlanma sabitleri, hız sabitleri ve yüzey reaktivitesi gibi biyolojik moleküllerin etkileşimlerinin karakterizasyonu hakkında bilgi veren ve günümüzde oldukça popüler olan bir yöntem halini almıştır. Çarpıcı bir şekilde, bu yöntem söz konusu biyotanımlama olaylarının araştırılmasında basit, duyarlı, tabakasız ve mediatörsüz stratejilere olanak sağlar. Oldukça duyarlı olan bu yöntemin duyarlılığı oksit tabakalar, iletken polimerler, elektroaktif problar, kendiliğinden oluşan tek katmanlar (SAM) veya biyotabaka oluşumuna anında cevap veren nanomalzemeler kullanılarak daha da geliştirilebilir.Bu çalışmada, impedans spektroskopisini temel alan biyosensörlerin hazırlanmasında kullanılabilecek olan temel sensörlerde yüzey modifikasyon yöntemlerinin geliştirilmesi ve karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada kullanılan birinci yöntemde altın elektrot yüzeyinde 11 ? merkaptoundekanoik asit kullanılarak kendiliğinden oluşan tek tabaka elde edildi ve bu tabakanın uçları EDC ? NHS kimyası ile aktive edildi. Son adımda ise model örnek olarak seçilen bir biyolojik materyal olarak Sığır Serum Albümini (BSA) immobilize edildi. İkinci yöntemde ise, platin elektrot yüzeyine pirolün elektropolimerizasyonu gerçekleştirildi. Daha sonra polipirol film yüzeyi aktive edilen sensör yüzeyine, kullanılacak biyomateryalin immobilizasyonu gerçekleştirildi. Her iki yöntemin optimizasyon ve karakterizasyon çalışmalarının tamamlanmasının ardından, yöntemlerin kıyaslanması amacıyla immobilize edilen anti ? aflatoksin B1 antikorunun aflatoksin ile yaptığı spesifik bağlanma özelliğinden yararlanılarak, aflatoksin B1 tayini, elektrokimyasal impedans spektroskopisi yardımıyla gerçekleştirildi.Denemelerde birinci yöntem için 11 ? merkaptoundekanoik asidin optimum inkübasyon süresi ve derişimi, optimum EDC ? NHS derişimleri, EDC ? NHS prosesleri için optimum pH değeri ve uygun tampon sistemi sırasıyla 2 saat, 20 mM, 24 mM EDC - 6 mM NHS ve pH 6,5 HEPES olarak bulundu. İkinci yöntemde ise optimum pirol konsantrasyonu ve elektropolimerizasyonu hızı sırasıyla 0,5 M ile 50 mV/s olarak tespit edildi.

Abstract:
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a well-established electrochemical method used to characterize the liquid/solid interface. EIS provides information on interfacial dielectric properties and, if electrochemical reactions take place, on charge transfer rates. It is becoming popular in characterizing the interactions of biological molecules to provide information such as surface loading, binding constants, rate constants and surface reactivity. Conspicuously, electrochemical impedance spectroscopy enables these biorecognition events to be probed in a simple, sensitive, label-free and mediator ? free strategy. It is possible to improve the sensivity of this high-sensitive method by using oxide-layers, conducting polymers, electroactive probes, self ? assembled monolayers or nanomaterials that respond instantaneously to biolayer formation.The aims of this study are to develope and characterize surface modification techniques, which would be potentially used in preparation of biosensors for impedance spectroscopy. For the first method, self assembled monolayer was obtained on gold electrode surface by using 11 ? mercaptoundecanoic acid. To convert the terminal carboxylic groups to an active NHS ester, the thiol-modified electrodes were treated with EDC ? NHS solution. Finally, Bovine Serum Albumin, which was chosen as a model biological material was immobilized onto the electrode surface. For the second method, the electropolymerization of pyrrole monomers onto the platinum electrode was achieved. Following activation of the polypyrrole surface, the biomolecules were immobilized onto the electrode. Both methods were characterized and optimized. Electrochemical impedance spectroscopy measurements were carried out to determine the amount of aflatoxin B1 molecules in the reaction medium via specific binding characterization of immobilized anti ? aflatoksin B1 antigens/aflatoxin B1 on the electrode surfaces, which allowed comparing two methods.The first method, was optimized with respect to incubation time and concentration of 11 ? mercaptoundecanoic acid, EDC ? NHS concentration, pH and the most appropriate buffer systems for EDC ? NHS were found to be 2 hours, 20 mM, 24 mM EDC ? 6 mM NHS and pH 6.5 HEPES, respectively. Regarding, second method, optimum pyrrole concentration and optimum electropolymerization scan rate were determined as 0.5 M and 50 mV/s, respectively.