Gıdalarda histamin tayini için yüzey plazmon rezonans biyosensörlerinin geliştirilmesi
The development of surface plasmon resonance (SPR) biosensors for dedection of histamine in foods
Yazar: AYŞEGÜL RAHTUVANOĞLU
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KARACAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Biyolojik aminler genellikle aminoasitlerin dekarboksilasyonu sonucu oluşan azotlu bileşiklerdir. Histamin en yaygın gıda kaynaklı biyojen amindir ve ciddi sağlık problemlerine yol açmaktadır. Yüzey plazmon rezonans (SPR) sensör sistemi biyomoleküler etkileşimlerin izlemesinde kullanılan optik temelli güçlü bir araçtır. Sunulan tez kapsamında, konserve ton balığı ve peynir ürünlerinde histamin tayini için moleküler baskılama temelli SPR sensör çipleri geliştirilmiştir. Histamin baskılanmış (MIP) ve baskılanmamış nanopartiküller (NIP) mini emülsyon Polimerizasyon tekniği ile sentezlenmiştir. Sentezlenen nanopartiküller FTIR, geçirimli elektron mikroskobu, taramalı elektron mikroskobu ve boyut analizleri ile karakterize edilmiştir. MIP nanopartiküllerin FTIR analizinde O-H gruplarının gerilme bantları sırasıyla 3422 cm-1 ve 3272 cm-1'de ve fonksiyonel monomer yapısında bulunan karakteristik amid I ve amid II adsorpsiyon bantları ise sırasıyla 1448 cm-1 ve 1447 cm-1'de görülmüştür. Boyut analizi ile MIP nanopartiküllerin boyut dağılımı 37.11 nm ve PDI değeri 0.212 bulunmuştur. SEM analizi sonuçlarına göre ortalama boyut dağılımı 36.88 nm olduğu görülmektedir. Daha sonra histamin baskılanmış ve baskılanmamış nanoparticküller SPR altin çip yüzeyine tuturulmuştur. Yüzeyi modifiye edilmiş SPR çipleri temas açısı, atomik kuvvet mikroskobu, elipsometre ve taramalı elektron mikroskopu ile karakterize edilmiştir. Histamin baskılanmış çipin polimer kalınğı 96.6 nm'dir. Geliştirilen bu sensör yüksek hassasiyet ile düşük tayin limiti (0.0058 µg/mL) ve geniş lineer çalışma aralığı (0.001 to 10 μg/mL) göstermiştir. Gıda örneklerinde histamin miktarı (0.1 µg/mL ve üstü) %70-%100 arasında geri kazanım elde edildiği görülmüştür. Histamin baskılanmış sensörün baskılama faktörü 4.60 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, histamin baskılanmış SPR sensörü basit prosedür, kolay hazırlık aşaması, düşük maliyeti, duyarlılığı ve seçiciliği ile histamin tayini için alternatif bir yöntem olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Biological amines are generally nitrogenous compounds formed by the decarboxylation of amino acids. Histamine is the most common foodborne biogenic amine and causes serious health problems. The surface plasmon resonance (SPR) sensor system is an optical-based powerful device for monitoring biomolecular interactions. The aim of this thesis, molecularly imprinted based SPR sensor chips have been developed for the detection of histamine in canned tuna and cheese. Histamine imprinted (MIP) and non-imprinted (NIP) nanoparticles were synthesized by using a mini emulsion polymerization technique. The synthesized nanoparticles were characterized by FTIR, transmission electron microscope, scanning electron microscope and size analysis. FTIR spectra of MIP nanoparticles have the characteristic stretching vibration band of O–H, around 3422 cm−1 and 3272 cm−1. The FTIR spectra of functional monomer have the characteristic amide I and amide II adsorption bands at 1448 cm−1 and 1447 cm−1, respectively. The size distribution of MIP nanoparticles was found to be 37.11 nm and PDI value 0.212 by size analysis. According to the SEM analysis results, the average size distribution is 36.88 nm. Then, histamine imprinted and nonimprinted nanoparticles were attached to the SPR gold chip surface. Surface modified SPR chips are characterized by the contact angle, atomic force microscope, ellipsometer and scanning electron microscope. This developed sensor showed high sensitivity, low detection limit (0.0058 µg/mL) and a wide linear operating range (0.001 to 10 μg/mL). Histamine amount (0.1 µg / mL and above) in food samples was calculated as recovery values between 70% and 100%. The imprinted factor of the histamine imprinted sensor was calculated as 4.60. As a result, the histamine imprinted SPR sensor is an alternative method for the detection of histamine with its simple procedure, easy preparation step, low cost, sensitivity and selectivity.