Kuartz kristal mikroterazi (QCM) temelli histidin sensörler
Quartz crystal microbalance (QCM) based histidine sensors
Yazar: MERVE SÖNMEZLER
Danışman: DOÇ. DR. HANDAN YAVUZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Amino asitler = Amino acids ; Histidin = Histidine ; Kuvars kristal = Quartz crystal

Özet:
Sunulan çalışmanın amacı, histidin miktarının tayinine yönelik kuvars kristal mikroterazi (QCM) biyosensör hazırlanmasıdır. QCM biyosensör, QCM çipinin altın yüzeyine histidin baskılanmış poli(etilen glikol dimetakrilat ? N-metakriloil-(L)-histidin metil ester/bakır(II)) (poli(EDMA-MAH/Cu(II)) partiküllerinin tutturulmasıyla hazırlanmıştır. N-metakriloil-(L)-histidin metil ester (MAH) kompleks oluşturucu monomer olarak seçilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, N-metakriloil-(L)-histidin metil ester/bakır(II) [MAH-Cu(II)] metal şelat monomeri sentezlenerek L-histidin'in seçici tayini için L-histidin baskılanmış partiküller üretilmiştir. Sentezlenen (MAH) ve metal-şelat monomeri (MAH-Cu(II)) NMR ve FTIR çalışmaları ile karakterize edilmiştir. Baskılanmış partiküller, L-histidin varlığında MAH ve EDMA'nın miniemülsiyon polimerizasyon reaksiyonu ile hazırlanmıştır. Ayrıca baskılanmamış poli(EDMA-MAH/Cu(II)) (NIP) partiküller aynı yöntemle sadece ortama kalıp molekül (L-histidin) eklenmeksizin sentezlenmiştir. Sentezlenen partiküller zeta boyut analizörü ile karakterize edilmiştir. Daha sonra L-histidin baskılanmış partiküller QCM çipinin altın yüzeyine damlatılıp, 37°C'de 6 saat kurutulmasıyla tutturulmuştur. Hazırlanan QCM sensörler, elipsometre, FTIR-ATR ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Kalınlık ölçümleri, partüküllerden oluşan ince filmlerin hemen hemen tek tabakalı olduğunu göstermektedir. Karakterizasyon çalışmalarının ardından elde edilen baskılanmış ve baskılanmamış sensörler QCM sistemine bağlanarak hedef moleküle ait kinetik ve afinite bağlanma çalışmaları yapılmıştır. Baskılanmış partiküller, baskılanmamış partiküllere göre hedef moleküle (L-histidin) daha fazla duyarlılık göstermiştir. Adsorpsiyon kinetikleri farklı derişimlerdeki L-histidin çözeltilerinin QCM sisteminden geçirilmesiyle belirlenmiştir. Langmuir-Freundlich adsorpsiyon modeli, bu afinite sistemi için en uygun model olarak bulunmuştur. L-Histidin baskılanmış poli(EDMA-MAH/Cu(II)) partiküllerinin seçiciliğini göstermek için L-histidin, D-histidin ve triptofanın yarışmacı adsorpsiyonu araştırılmıştır. Ayrıca, yüzeyinde histidin içeren proteinlerin yarışmacı adsorpsiyon araştırmaları için, RNAase, lizozim, sitokrom-c, ve BSA kullanılmıştır. Sonuçlar, baskılanmış sensörün L-histidin için yüksek seçiciliğe ve duyarlılığa sahip olduğunu göstermektedir.

Abstract:
The aim of this study is the preparation of quartz crystal microbalance (QCM) biosensor for the detection of amount of L-histidine. QCM biosensor was prepared by attachment of L-histidine imprinted poly(ethylene glycol dimethacrylate?N-methacryloyl-(L)-histidine methyl ester/copper(II)) (poly(EDMA-MAH/Cu(II)) particles on the gold surface of QCM sensor. N-methacryloyl-(L)-histidine methyl ester (MAH) was chosen as the metal-coordinating monomer. In the first step, L-histidine-imprinted (EDMA-MAH/Cu(II)) particles were produced for selective separation of L-histidin by N-methacryloyl-(L)-histidine methyl ester/copper(II) [MAH-Cu(II)] as a new metal-chelating monomer via metal coordination interactions and L-histidine template. Synthesized (MAH) and metal-chelate monomer (MAH-Cu(II)), were characterized by 1H-NMR and FTIR. The imprinted particles were prepared by miniemulsion polymerization reaction of MAH and EDMA in the presence of L-histidine. Non-imprinted poly(EDMA-MAH/Cu(II)) (NIP) particles were synthesized by the same experimental procedure without L-histidine. The synthesized particles were characterized zeta-sizer measurements. In order to prepare the gold surface of QCM sensor, a small amount of L-histidine imprinted particles were dropped on the gold surface and then dried at 37°C for 6 hours. Prepared QCM sensors were characterized with ellipsometer, fourier transform infrared spectro-photometry (FTIR) and contact angle measurements. The thickness measurements indicated that the particle thin films were almost monolayer. After the characterization studies, the imprinted and non-imprinted QCM sensors were connected to QCM system to obtain the kinetic and affinity studies for the target molecule. Imprinted particles showed more sensitivity to L-histidine than non-imprinted ones. L-Histidine solutions with different concentrations were applied to QCM system to determine the absorption kinetics. Langmuir-Freundlich adsorption model was found as the most suitable model for this affinity system. In order to show the selectivity of the L-histidine imprinted poly(EDMA-MAH/Cu(II)) particles, competitive adsorption of L-histidine, D-histidine, tryptophan was investigated. These histidine imprinted particles was also used for RNAase, lysozyme, citochrom-c and BSA to investigate the competitive adsorption of surface histidine exposed proteins. The results showed that the imprinted nanosensor has high selectivity and sensitivity for L-histidine.