Nanokompozitler ve elektrokimyasal biyosensör uygulamaları
Nanocomposites and applications of electrochemical biosensor
Yazar: MELİHA ÇUBUKCU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜLKÜ ANIK
Muğla Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Hipoksantinler = Hypoxantines ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Nanotüp = Nanotube ; Voltametri = Voltammetry

Özet:
Çalışma temel olarak farklı nanopartiküllerin kullanımı ile elde edilen nanokompozit elektrot ve bu elektrotlara biyolojik materyallerinde katılımıyla daha duyar, ekonomik ve pratik biyosensörler elde edilmesini kapsamaktadır. Bu amaçla karbon nanotüp (CNT) ve altın nanopartikül (Au-np) gibi farklı nanopartiküller ile farklı karbon elektrotlar birleştirilerek, elektrokimyasal reaktivitesi yüksek, pratik ve ekonomik transdüserler geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemler ksantin oksidaz enzimi ile modifiye edildikten sonra bu elektrotların ksantin ve hipoksantin tayininde kullanım koşulları araştırılmıştır. Deneysel çalışma döngüsel voltammetri ve kronoamperometri gibi voltammetrik tekniklerin yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın sonunda nanopartikül modifiye elektrotlar için daha yüksek akım değerleri ile daha düşük pik potansiyelleri elde edilmiştir. Karbon elektrotlara nanopartiküllerin katılımıyla sensörün elektron transfer reaktivitesini arttırdığı gözlenmiştir. Her iki biyosensör sistemi içinde öncelikle optimum çalışma koşulları belirlenmiştir. Bunun için kompozit elektrotların elektroanalitiksel performansları incelenerek nanokompozit yapının optimizasyonu, optimum çalışma potansiyeli ve optimum pH' ı belirlenmiştir.Sistem optimizasyonundan sonra CNT modifiye karbon pasta elektrotlar (CPE) ksantin için karakterize edilerek 1-100 ?M ksantin derişimi arasında doğrusallık elde edilmiştir. Çok-duvarlı karbon nanotüp modifiye karbon pasta elektrot (MWCNT-CPE) %3,35' lik bağıl standart sapma (R.S.D.) değerine sahipken tek-duvarlı karbon nanotüp modifiye karbon pasta elektrot (SWCNT-CPE) 1-20 ?M doğrusal aralığında %3,5' luk R.S.D. değerini vermiştir.Çalışmanın ikinci bölümünde, yine sistemin optimizasyonundan sonra biyosensör ksantin (X) ve hipoksantin (Hx) için karakterize edilmiştir. Ksantin için 5,00x10-7 ve 1,00x10-5 M derişimi arasında doğrusallık ve doğru denklemi y = 0,0455x + 0,203 olarak elde edilmiştir, aynı şekilde hipoksantin için 5,00x10-6-1,50x10-4 M arasında doğrusallık ve doğru denklemi y = 0,0651x + 0,1116 olarak belirlenmiştir. Geliştirilen her iki biyosensör sistemi konserve ton balığı ve plazma örneklerinde uygulanmış ve oldukça umut verici sonuçlar elde edilmiştir.Anahtar kelimeler: Karbon nanotüp (CNT), altın nanopartikül (Au-np), amperometrik biyosensör, karbon pasta (CPE), camımsı karbon pasta (GCPE), ksantin (X), hipoksantin (Hx)

Abstract:
Present work mainly composed of the usage of different nanoparticles for obtaining nanocomposite electrodes that can be used as transducers for practical, economical and effective biosensor transducers. For this aim, by combining different nanoparticles with carbon electrodes, practical transducers with high electrochemical reactivity were developed. Developed systems modified with xanthine oxidase enzyme (XOD) and their usage conditions were investigated for xanthine (X) and hypoxanthine (Hx) detection. The experiments were carried out by applying voltammetric techniques such as cyclic voltammetry and chronoamperometry. Higher current values with lower peak potentials were obtained with nanoparticle modified electrodes. The ability of nanoparticles to promote the electron transfer reaction of sensor was provided by introducing the nanoparticle into the composite carbon electrode structure. First of all, the electroanalytical performance of composite electrodes was examined in order to find optimum composition for both biosensor systems. Then, optimum amount of nanoparticles, optimum potential and optimum pH of the system were searched.After the optimization of the systems, carbon nanotube (CNT) modified carbon paste electrodes (CPEs) were characterized for xanthine and linearity was obtained in the concentration range between 1-100 ?M xanthine and y= 0,0455 x + 0,203, with relative standart deviation (RSD) value of 3.35% for multi-wall carbon nanotube modified carbon paste electrode (MWCNT-CPE), while with single-wall carbon nanotube modified carbon paste electrode (SWCNT-CPE) these values were found as 1-20 ?M and y= 0,0651 x + 0,1116, RSD as 3.5%. In the second part of the work, after optimization of the system, the biosensor was characterized for xanthine and hypoxanthine. A linearity was obtained in the concentration range between 5.00x10-7?1.00x10-5 M for X with equation of y = 0,24x + 0,710 and 5.00 x 10-6-1.50 x 10-4 M Hx, with equation of y = 0,014x + 0,556 respectively. The developed biosensor systems were also applied for canned tuna fish and plasma samples, and very promising results were obtained.Key words: Carbon nanotube (CNT), gold nanoparticle (Au-np), amperometric biosensor, carbon paste (CPE), glassy carbon paste (GCPE), xanthine (X), hypoxanthine (Hx)