Deneysel epilepsi modellerinde, Epileptik Fokus'un elektrokimyasal çoklu elektrot sistemleri (Multisensörler) kullanılarak haritalanması ve ?Kriz Erken Uyarı? sistemi prototip çalışmaları
Mapping of the Epileptic Focus in experimental epilepsy models by electrochemical multisensors and ?Seizures Early Warning System? prototype studies
Yazar: ÇİĞDEM YENGİN
Danışman: DOÇ. DR. M. EMRAH KILINÇ
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications ; Biyomekanik analiz = Biomechanical analysis ; Biyosensörler = Biosensors

Özet:
Epilepsi, tekrarlayan ve uyarıya bağımlı olmayan kriz ataklarıyla karakterize olan, yaygın kronik bir nörolojik düzensizliktir. Bahsi geçen kriz atakları bayinde anormal, aşırı veya eş-zamanlı nöral aktivitenin geçici işareti ve/veya belirtileridir. Epilepsi, her ne kadar zor vakalarda cerrahi müdaheleler düşünülebilirse de, genellikle tedavi edilememekte ancak ilaçlarla kontrol edilebilmektedir. Projemizin araştırma konusuna ile ilşkili olarak, kronik kriz ataklarının zamanlaması ve epileptik odağın lokalizasyonu ile ilişkilendirilebilecek bazı kimyasal türlerin monitörizasyonu için dizi (İng. array) sensörlerin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Nitrik oksit ve çözünmüş oksijen monitörize edilecek model bileşikler olarak seçilmiştir. Kimyasal olarak modifiye edilen elektrotlar hassas bir şekilde nitrik oksit ve okksijeni tayin edebilir hale gelmişlerdir. İmal edilen dizi simetrik olarak yerleştirlimiş 8 adet katı altın mikroelektrotdan meydana gelen 2x4'lük bir matriksten oluşmaktadır. Nitrik oksit için duyarlılık sağlanırken elektrotlar elektropolimerizasyonla kısa adı MnTPPS olarak sembolize edilen tetrakis (4-sulfonatofenill) mangan (III) porfirin ile kaplanmışlar ve nitrik oksit'in benzonitrildeki çözünürlüğü sulu herhangi bir çözgen sistemine göre daka yüksek olduğundan ilave bir dış benzonitril tabakası da elektrot yüzeyine ilave edilmiştir. MnTPPS'in sağladığı elektrokataliz dönüşümlü voltametrik ve kronoamperometrik deneylerle gösterilmiştir. Oksijen tayini için dizi elektrotlar antrakinon sınıfı disperse boyar maddelerle çözünmüş oksijenin indirgenmesinde elektrokataliz sağlanması için kaplanmıştır. İncelenen model boyar maddeler, disperse blue 1 (DB1), disperse blue 3 (DB3), disperse red 11 (DR11) ve disperse orange 11 (DO11)'dir. DB1 en yüksek elektrokatalizi gösterirken bunu sırasıyla diğer boyalar DR11=DO11>DB3 şekilnde takip etmişlerdir. DB3 oksijen indirgenmesi için anlamlı herhangi bir elektrokataliz göstermemiştir. İmal edilen dizi elektrotlar yapay beyin modelinde hem NO ve hem de O2'nin 8 kanal üzerinden tayininde kullanılmışlardır. Elde edilen kronoamperogramlar, dizi elektrotların analit (NO veya O2) ilavelerine gösterdiği gerçek davranışlarını göstermek için, üç boyutlu (3D) olarak çizilmiştir. Çalışmalarımızda son olarak, bir ?kriz erken uyarı sistemi? donanımı prototipi tasarlanmış ve imal edilmiştir. Donanım 9V'luk pille çalışan bir potentiostat, toplanan veriden istenileni gösterebilen bir 32 karakterlik LCD ekran, bir ses uyarıcısını veya AC titreşim motorunu çalıştırmak için önceden belirlenen eşik değerleriyle karşılaştırmalı mantıksal kararlar verebilen ve programlanabilen bir işlemci'den (CPU) oluşmaktadır.Sonuç olarak, 8 kanal üzerinden iki model kimyasal parametrenin monitörizasyonu için 2x4 matriks dizi elektrotlar imal edilip modifiye edilmişlerdir, diziler yapay beyin modeli üzerinde NO ve O2 tayininde başarılı şekilde kullanılmışlardır. Buna ilaveten kendi başına gerekli her türlü elektrokimyasal ölçğmleri yapma yeteneği olan (Kriz Erken Uyarı Sistemi diye adlandırılan) bir donanım tasarlanmıştır. Bu donanım, aynı zamanda önceden belirlenen eşik değerlerini kullanarak mevcut konsantrasyon değerleri hakkında kıyaslamalı kararlar verebilme ve bir alarm durumu gerekli olduğunda sesli uyarıcıyı veya bir AC titreşim motorunu çalıştırma yeteneğine sahiptir.

Abstract:
Epilepsy is a common chronic neurological disorder characterized by recurrent unprovoked seizures. These seizures are transient signs and/or symptoms of abnormal, excessive or synchronous neuronal activity in the brain. Epilepsy is usually controlled, but not cured, with medication, although surgery may be considered in difficult cases. Regarding the subject of our thesis, we intended to focus on developing an array of sensors for the monitorization of some chemical species which may later on be associated with the exact locatization of the epileptic focus and the timing of the chronic seizures. Nitric oxide and dissolved oxygen were determined as the model compounds to monitor. Electrodes chemically modified became capable of detecting nitric oxide and oxygen sensitively. Fabricated array contains a 2x4 matrix of totally 8 symmetrically located rigid gold microelectrodes. For the sensitization process for nitric oxide electrodes were coated with tetrakis (4-sulfonatophenyl) manganese (III) porphyrin denoted as MnTPPS by electropolymerization and an additional outer thin layer of benzonitrile served as the nitric oxide enriching section as the solubility of nitric oxide in benzonitrile is higher than any other aqeous solutions. The electrocatalysis provided by MnTPPS was displayed with cyclic voltammetric and chronoamperometric experiments. For oxygen detection array electrodes were coated with antraquinone type disperse dyes to provide electrocatalysis for the reduction of dissolved oxygen. Disperse Blue 1 (DB1), disperse blue 3 (DB3), disperse red 11 (DR11) and disperse orange 11 (DO11) were the model dye compounds employed. DB1 provided the highest electrocatalysis while other dyes followed in the order DR11=DO11>DB3. DB3 indeed did not display any significant electrocatalysis for oxygen reduction. Fabricated array electrodes were used for 8 channel detection of both NO and O2 in an artificial brain model. Obtained chronoamperograms were plotted 3D to show the exact behavior of the array electrodes to analyte (NO or O2) additions. Finally a ?seizures early warning system? hardware prototype was designed and fabricated. The hardware was composed of a 9V battery powdered potentiostat, a 32 digit LCD screen to display any desired acquisition data and a programmamble CPU capable of making comparative logical decisions about pre-determined threshold values to run a beeper and a vibration AC motor.As a result, 2x4 matrix array electrodes were fabricated and modified for the monitorization of two chemical model parameters through 8 channels, arrays were successfully employed for NO and O2 determination on an artificial brain model. Additionally a hardware, (denoted as Seizures Early Warning System) capable of making any necessary electrochemical measurement itself, was designed. This hardware was also capable of making comparative decisions about the current concentration values using pre-determined treshold values and capable of running a beeper and a vibration AC motor if an alarm was necessary.