Çevre örneklerinde sık rastlanılan bazı antibiyotiklerin elektrokimyasal nanosensörlerle tayini
Determination of some common antibiotics in environmental samples with electrochemical nanosensors
Yazar: NİDA AYDOĞDU ÖZDOĞAN
Danışman: PROF. DR. SİBEL AYŞIL ÖZKAN ; DOÇ. DR. ERSİN DEMİR
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Antibiyotikler bakteri, mantar veya protozoa gibi mikroorganizmaların sebep olduğu enfeksiyonları tedavi etmek veya önlemek için kullanılmaktadır. Antibiyotikler tarım ve hayvancılıkta hastalıkları önlemek, bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek ve çiftlik hayvanlarında büyümeyi teşvik etmek için kullanılmaktadır. Antibiyotiklerin tıpta, tarımda ve hayvancılıkta yaygın kullanımı, son yıllarda antibiyotik direnci ve çevre kirliliği konusunda endişeleri arttırmaktadır. Antibiyotikler çevreyi çeşitli yollarla kirletebilmektedir. Toprakta ve sudaki varlıkları birçok olumsuz etkiye yol açabilir. Bu nedenle çevresel örneklerde antibiyotiklerin tespiti büyük önem taşımaktadır. Şimdiye kadar, 30'dan fazla antibiyotik türü, tipik olarak gölet sularında litre başına mikrogram seviyelerinde; toprak ve tortuda kilogram başına mikrogram seviyelerinde konsantrasyonlarda tespit edilmiştir. Bununla birlikte, ağır şekilde etkilenen tarımsal sularda, konsantrasyonlar litre başına miligram düzeyinde ölçülmüştür. Bu tez kapsamında yapılan literatür taraması sonucunda daptomisin, spiramisin, roksitromisin ve linezolid tayini için kromatografi, kapiler elektroforez, spektrofotometri, spektroflorimetri gibi çeşitli analitik teknikler bildirilmiştir. Bu yöntemlerin pahalı cihazlar gerektirmesi, yüksek hacimde organik çözücü kullanımı ve alanda uygulama zorlukları nedeniyle seçici ve hassasiyeti yüksek elektroanalitik yöntemlere ilgi son yıllarda artmaktadır. Bunlar göz önünde bulundurularak bu tez çalışmasında yer alan etken maddelerinin tayini için mevcut yöntemlere göre daha hassas ve seçici elektrokimyasal sensörler geliştirilmiştir. Camsı karbon elektrot yüzeyinin farklı nanomalzemeler ile kaplanması ile sensörün duyarlılığı ve seçiciliği arttırılmıştır. Geliştirilen yeni nesil sensörlerin performansının değerlendirilmesi, deney şartlarının optimizasyonu ve elektrot yüzeyinin karakterizasyonu için diferansiyel puls voltametri (DPV), adsorptif diferansiyel puls voltametri (AdSDPV) ve dönüşümlü voltametri (DV) teknikleri kullanıldı. Geliştirilen sensörlerin yüzey karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Enerji dağılımlı X-Ray dedektörlü taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDX) ile gerçekleştirildi. Literatürde belirtilen değerlerden daha düşük teşhis sınır (TS) ve tayin alt sınırı (TAS) elde edildi. Geliştirilen nanosensörler su ve toprak numunelerinde etken maddelerinin teşhisi için ayrı ayrı uygulandı. Sonuç olarak üretimi kolay, seçici, hassas, yüksek geri kazanıma ve düşük bağıl hataya sahip yeni nesil sensörler, antibiyotikleri tespit etmek için ilk kez başarıyla üretildi ve farklı çevresel numunelerde uygulandı. Bu antibiyotiklerin elektrokimyasal tayinininde kullanılan sensörlerin daha önce çalışmalarının olmaması ve su, toprak gibi çevresel numunelere şimdiye kadar hiçbir elektroanalitik yöntemle analizine uygulanmamış olması açısından tez konusunun özgün olduğu söylenebilir.

Abstract:
Antibiotics are medications used to treat or prevent infections caused by microorganisms, including bacteria, fungi and protozoa. Antibiotics are utilized in agriculture and animal husbandry to prevent diseases, treat bacterial infections and promote the growth of livestock. In recent years, the extensive use of antibiotics in medicine, agriculture, and animal husbandry has led to significant concerns about antibiotic resistance and environmental pollution. Antibiotics can pollute the environment in various ways. Their presence in soil and water can lead to many negative effects. Therefore, detecting antibiotics in environmental samples is crucial. More than 30 types of antibiotics have been detected in concentrations, typically at micrograms per liter in pond waters and micrograms per kilogram in soil and sediments. However, concentrations were measured in milligrams per liter in heavily affected agricultural waters. As a result of the literature review conducted within the scope of this thesis, various analytical techniques such as chromatography, capillary electrophoresis, spectrophotometry, and spectrofluorimetry were reported for the determination of daptomycin, spiramycin, roxithromycin and linezolid. Owing to the expensive equipment required by these methods, the use of high volumes of organic solvents, and the difficulties of application in the field, the interest in selective and highly sensitive electroanalytical methods has been increasing in recent years. Considering these, more sensitive and selective electrochemical sensors were developed compared to existing methods for the determination of the active ingredients included in this thesis. The sensitivity and selectivity of the sensor were increased by coating the glassy carbon electrode surface with various nanomaterials. Differential pulse voltammetry (DPV), adsorptive differential pulse voltammetry (AdSDPV), and cyclic voltammetry (CV) were used to evaluate the performance of the newly developed sensors, optimize the experimental conditions, and characterize the electrode surface. Surface characterization of the developed sensors was carried out by scanning electron microscopy (SEM) and scanning electron microscopy with an energy-dispersive X-ray detector (SEM-EDX). Lower limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) values were obtained than those reported in the literature. The developed nanosensors were applied separately to detect daptomycin and linezolid active ingredients in water and soil samples. As a result, new-generation sensors that are easy to produce, selective, sensitive, and have high recovery and low relative error were successfully produced for the first time to detect antibiotics and were applied to different environmental samples. It can be said that the thesis topic is original in that there are no previous studies on the sensors used in the electrochemical determination of these antibiotics, and no electroanalytical method has been applied to the analysis of environmental samples such as water and soil.