Endokrin bozucu bazı kimyasalların seçici ve hassas sensörlerle tayini
Determination of some endocrine disrupting chemicals with selective and sensitive sensors
Yazar: SARİYE İREM KAYA
Danışman: PROF. SİBEL AYŞIL ÖZKAN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Bisfenol A = Bisphenol A ; Endokrin bezler = Endocrine glands ; Endokrin sistem = Endocrine system ; Kimyasal maddeler = Chemical materials ; Polimerler = Polymers ; Sensörler = Sensors

Özet:
Doktora tez çalışması kapsamında endokrin bozucu kimyasalların en önemli grubu bisfenollerden bisfenol A (BPA), bisfenol S (BPS), bisfenol F (BPF)'nin seçici ve hassas tayini için moleküler baskılı polimer (MIP) temelli elektrokimyasal sensörler geliştirilmiştir. Tüm elektrokimyasal ölçümlerde redoks probu olarak 5 mM [Fe(CN)6]3−/4– çözeltisi kullanılmıştır. Baskılanmamış polimer (NIP) sensörlerin performansının kontrolünde kullanılmıştır. 

BPA'nın hassas, seçici ve hızlı tayini için MIP temelli elektrokimyasal sensör hazırlanırken fonksiyonel monomer anilin ile elektropolimerizasyon yapılmıştır. MIP(ANI)/CKE sensörünün karakterizasyonunda dönüşümlü voltametri (DV), elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve temas açısı ölçümleri yapılmıştır. MIP(ANI)/CKE sensörü standart çözelti ve serum için 1x10-15 M - 8x10-15 M doğrusal aralığına ve femtomolar seviyesinde teşhis sınırı (TS) ve tayin alt sınırına (TAS) sahiptir. Sensörün doğruluğu serum ve plastik şişe su örneklerinde geri kazanım çalışmaları ile gösterilmiştir. Baskılama faktörü (IF) ve girişim çalışmaları da seçiciliği kanıtlamıştır.  Bu sensör, BPA analizi için oldukça kullanışlı, yüksek duyarlılık ve seçicilikte, düşük maliyetli ve güvenilir bir seçenektir.

BPS'nin elektrokimyasal analizi için amino asit temelli olarak sentezlenen fonksiyonel monomer N-metakriloil-L-tirozin ile fotopolimerizasyon yapılarak MIP temelli bir sensör hazırlanmıştır. Sensörün karakterizasyon çalışması için DV, EIS, SEM ve FTIR yöntemlerinden yararlanılmıştır. MA-Tyr@MIP/CKE sensörünün doğrusal aralığı 1x10-15 M - 1x10-14 M bulunmuş, TS ve TAS ise 0.171 fM ve 0.569 fM olarak hesaplanmıştır. Serum ve plastik şişe su örnekleri ile elde edilen iyi geri kazanım değerleri sensörün bu örneklere başarıyla uygulanabildiğini göstermiştir. 14 günlük stabilite değerlendirmesi sensörün 5. güne kadar yüksek stabiliteye sahip olduğu gösterilmiştir. IF çalışmaları da bu sensörün kararlılık, duyarlılık ve tekrarlanabilirlik ile yüksek seçiciliğe sahip olduğunu göstermektedir.

BPF'nin seçici ve duyarlı analizi için fonksiyonel monomer olarak L-Triptofan, tetraetil ortosilikat ve setiltrimetilamonyum bromür kullanılarak gözenekli yapıda bir MIP temelli elektrokimyasal sensör hazırlanmıştır. MIP yüzeyinin karakterizasyonunda SEM, Raman spektroskopisi, DV ve EIS kullanılmıştır. MIP(TEOS:L-Trp)@CKE sensörünün standart çözelti ve serum örneği için doğrusal aralığı 1x10-15 M - 1x10-14 M olarak bulunmuştur. Sensörün yüksek duyarlılığını gösteren TS ve TAS 0.291 fM ve 0.971 fM olarak hesaplanmıştır. Plastik şişe su ve serum örnekleri ile elde edilen iyi %geri kazanım değerleri sensörün doğruluğunu göstermiştir. Girişim ve IF analizleri yüksek seçiciliği kanıtlamıştır. Ayrıca, sensörün 5 güne kadar stabil olduğu bulunmuştur. MIP(TEOS:L-Trp)@CKE sensörü BPF tayini için duyarlı, kararlı, seçici ve uygulaması kolay bir seçenektir.
       
Sonuç olarak; BPA, BPS ve BPF'nin elektrokimyasal analizi için geliştirilen MIP temelli sensörlerin bisfenol analizi için mevcut yöntemlere kıyasla daha avantajlı ve alternatif olarak tercih edilebilecek yöntemler olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Within the scope of this doctoral thesis, molecularly imprinted polymer (MIP) based electrochemical sensors were developed for the selective and sensitive determination of bisphenol A (BPA), bisphenol s (BPS) and bisphenol F (BPF), the most important group of endocrine disrupting chemicals. 5 mM [Fe(CN)6]3−/4– solution was used as the redox probe in all electrochemical measurements. Non-imprinted polymer (NIP) was used to control the performance of the sensors.

During the preparation of the MIP based electrochemical sensor for the sensitive, selective and rapid determination of BPA, electropolymerization was performed with the functional monomer aniline. For the characterization of the MIP(ANI)/GCE sensor, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and contact angle measurements were performed. The MIP(ANI)/GCE sensor has a linear range of 1x10-15 M - 8x10-15 M for standard solution and serum, and limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) values at femtomolar level. The accuracy of the sensor was demonstrated by recovery studies in serum and plastic bottled water samples. Imprinting factor (IF) and interference studies also proved the selectivity. This sensor is a very useful, highly sensitive and selective, low cost and reliable option for BPA analysis. 

For the electrochemical analysis of BPS, a MIP-based sensor was prepared by photopolymerization with the amino acid-based functional monomer N-methacryloyl-L-tyrosine. For the characterization study of the sensor, CV, EIS, SEM and FTIR methods were used. The linear range of the MA-Tyr@MIP/GCE sensor was found as 1x10-15 M - 1x10-14 M, while LOD and LOQ were calculated as 0.171 fM and 0.569 fM. Good recovery values obtained with serum and plastic bottled water samples showed that the sensor could be successfully applied to these samples. A 14-day stability assessment demonstrated that the sensor had high stability up to day 5. IF studies also show that this sensor has high selectivity with stability, sensitivity and repeatability.

For the selective and sensitive analysis of BPF, a porous MIP-based electrochemical sensor was prepared using L-Tryptophan as functional monomer, tetraethyl orthosilicate and cetyltrimethylammonium bromide. SEM, Raman spectroscopy, CV and EIS were used to characterize the MIP surface. The linear range of the MIP(TEOS:L-Trp)@GCE sensor for standard solution and serum sample was found as 1x10-15 M - 1x10-14 M. The LOD and LOQ showing the high sensitivity of the sensor were calculated as 0.291 fM and 0.971 fM. Good recovery% values obtained with plastic bottled water and serum samples indicated the accuracy of the sensor. Interference and IF analyzes proved high selectivity. Also, the sensor has been found to be stable up to 5 days. The MIP(TEOS:L-Trp)@GCE sensor is a sensitive, stable, selective and easy-to-apply option for BPF determination.

Consequently; it was shown that the MIP-based sensors developed for the electrochemical analysis of BPA, BPS and BPF are more advantageous and alternative methods for bisphenol analysis compared to existing methods.