Nanopartiküller ile modifiye edilmiş karbon elektrotlarla elektrokimyasal tanı
Electrochemical detection using carbon electrodes modified with nanoparticles
Yazar: ERKAN KARATAŞ
Danışman: PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada, kalem grafit elektrot yüzeyleri polidopamin ile kaplanmış ve ardından altın ve gümüş nanopartiküller bu yüzey üzerinde biriktirilerek, yüzey alanı geniş, stabil ve katalitik özelliği artırılmış yeni yüzeyler geliştirilmiştir. Yüzeyi modifiye edilen karbon elektrotlar, biyouyumlu ve hassas tayine yönelik bir elektrokimyasal sensör geliştirilmesi amacıyla incelenmiştir. Yüzey karakterizasyonları SEM ve EDX analizleri ile yapılmıştır. Modifiye elektrotlar, standart bir redoks probu olan potasyum ferrosiyanat çözeltisi ile voltametrik yöntemler altında karakterize edilmiştir. Sensör geliştirilmesine yönelik hazırlanan bu elektrotlar, bazı etken maddelerinin elektrokimyasal tayinine de olanak sağlamış, özellikle insanlarda ve hayvanlarda beyine ait pek çok işlevin yerine getirilmesinde öneme sahip bir nörokimyasal olan dopamin'in tayini için incelenmiştir. Modifiye ve modifiye olmayan elektrotlar standart çözelti ile karşılaştırılarak, tanı amaçlı kullanımı test edilmiştir. Bu amaçla dopamin'in tayini ve analizi için kalibrasyon çalışmaları yapılarak voltametrik yöntemler geliştirilmiş ve valide edilmiştir. Dopamin'in, adsorpsiyon ve difüzyon özellikleri incelenerek elektrot tepkimesinde aktarılan elektron sayısı, difüzyon katsayısı, yük transfer katsayısı gibi bazı elektrokimyasal parametreleri hesaplanmıştır. Buna ilaveten dopamin'in farmasötik örnekler ve biyolojik sıvılarda tayini için diferansiyel puls voltametrisi (DPV) ve kare dalga voltametrisi (KDV) yöntemleri geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemlerin validasyonu yapılmıştır. Doğrusal çalışma aralığı DPV yöntemi için 4,0×10-7 M - 7,6×10-6M iken; KDV yöntemi için ise 4,0×10-7 M - 6,0×10-6 M olarak hesaplanmıştır. Yapılan kalibrasyon çalışmalarının analitik parametreleri en küçük kareler yöntemi ile değerlendirilmiştir ve her iki yöntem için gözlenebilme sınırı ve alt tayin sınırı değerleri belirlenmiştir. Farmasötik örnekler ve biyolojik ortamlarda uygulanan bu yöntemlerle, güvenilir, tekrarlanabilir, yüksek doğruluk ve kesinliğe sahip sonuçlar elde edilmiştir. Geliştirilen yöntemler istatistiksel olarak değerlendirilmiş ve kesinlik, duyarlık, seçicilik gibi parametreler incelenerek % 95 güven seviyesinde elde edilen sonuçlar arasında anlamlı bir fark olmadığı görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler: Dopamin, polidopamin, altın nanopartikül, kalem grafit elektrot, yüzey modifikasyonu, voltametri, elektrokimyasal davranış, yöntem validasyonu

Abstract:
In this study, new surfaces for pencil graphite electrodes with high stability, high surface area and highly catalytic activity were developed by coating them firstly with polydopamine, then with gold and silver nanoparticles. Surface modified electrodes were investigated for getting an electrochemical sensor allows biocompatible and sensitive determination. Surface characteristics of modified electrodes were examined by SEM and EDX analysis. Modified electrodes were also investigated under voltammetric techniques by using potassium ferrocyanate standart redox solution. Electrodes developed for sensor applications were allowed electrochemical analysis for some active ingredients, especially the one plays an important role for brain functions in humans and animals, a neurochemical drug dopamine, was investigated. Modified and non-modified electrodes were compared by standart redox solution and tested for diagnosis applications. For this reason, voltammetric methods were developed for analysis and determination of dopamine by performing calibration curves and validated. Some electrochemical parameters such as diffusion coefficient, number of transferred electron in electrochemical step, charge transfer coefficient were calculated for dopamine. Moreover, differential pulse voltammetric (DPV) and square-wave stripping voltammetric (SWV) methods were developed to its direct determination in pharmaceutical preparations and biological samples including human serum and human urine. Developed methods for the determination of DA was validated. Linear working concentration range for DPV method was evaluated between 4,0×10-7M - 7,6×10-6 M and for SWV was evaluated between 4,0×10-7 M - 6,0×10-6 M. Limit of quantification and detection for these developed methods were calculated from analytical parameters of calibration studies by using least squared method. Results of these applied methods were found to have accuracy, precision, reproducible and high confidence. Developed methods were evaluated statistically and some parameters were examined such as presicion, selectivity, sensitivity. Obtained results were found to be insignificant at 95 % confidence level. 

Key Words: Dopamine, polydopamine, gold nanoparticle, pencil graphite electrode, surface modification, voltammetry, electrochemical behavior, method validation