Ağır metallerin sulu çözeltilerden tayininde kullanılmak üzere DNA-aptamer biyotanı elemanlı elipsometrik biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of ellipsometric biosensors with DNA-aptamer based bio-diagnosis elements for detection of heavy metals in aqueous solutions
Yazar: TUĞÇE ERTAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA OĞUZHAN ÇAĞLAYAN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: DNA = DNA

Özet:
Sunulan çalışmada, düşük derişimlerde bile canlıların hayati organlarına etki eden ve endüstriyel proseslerin kaçınılmaz bir yan ürünü olarak ortaya çıkan ağır metal iyonlarının sulu ortamlardan tayininde kullanılacak bir elipsometrik biyosensör geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, cıva iyonlarının (Hg2+) sulu ortamdaki aşırı düşük derişimlerde (4 pM' a kadar) tayini, geliştirilen yüksek algılama hassasiyetine sahip elipsometri esaslı biyosensör ile sağlanmıştır. Geliştirilen elipsometrik biyosensörde tanı elemanı olarak cıva iyonları için yüksek seçicilikteki DNA esaslı aptamer sekansları kullanılmıştır.
Tez çalışması 3 ana grupta toplanmıştır. İlk olarak, silikon yüzeyine (merkapto propil trietoksi silan) MPTES molekülü immobilize edilerek daldırma süresi ve çözelti derişiminin kendiliğinden düzenlenen tek tabaka (self assembled monolayers, SAM) oluşumuna etkisi incelenmiştir. İstenilen tek tabaka oluşumu için 10 μM derişim ve 4 saat daldırma süresinin gerekli olduğu belirlenmiştir. İkinci kısımda, MPTES ile modifiye edilmiş silikon yüzeye farklı yapılarda oligonüklotid probların immobilize edilmesi incelenmiştir. Yapılan elipsometrik analizlerle oligonükleotid probların 1 μM derişimde 12 saat süreyle immobilize edilmesi uygun bulunmuştur.
Tezin son kısımda elde edilen elipsometrik esaslı sensör yongalarının cıva algılama kapasiteleri ve algılama hassasiyetleri belirlenmiştir. Bu amaçla sensör yongaları farklı derişimlerdeki cıva çözeltilerine maruz bırakılarak işlem sonunda sensörler elipsometrik analizlerle incelenmiştir. İki farklı probla yapılan bu çalışmada Prob 1 için uzun ve düz yapılı bir dizi tercih edilirken, Prob 2 için hair-pin yapılı oligonükleotid dizisi seçilmiştir. Prob 1 ile elde edilen algılama hassasiyeti 0.2554 derece/ μM iken, Prob 2' nin algılama hassasiyetinin 0.1879 derece/ μM olduğu görülmüştür. Ayrıca Prob 2 ile elde edilen sensörle 71 nM' a kadar cıva algılanabilirken, Prob 1' de 3.95 pM algılama sınırına ulaşılmıştır.

Abstract:
In the present study, it is aimed to develop an ellipsometric biosensor to be used in the determination of heavy metal ions in aqueous media which affect the vital organs of living organisms and that occur as inevitable by-product of industrial processes. In this context, detection of mercury ions (Hg2+) in aqueous medium at extremely low concentrations (up to 4 pM) was achieved by ellipsometry-based biosensor with high detection sensitivity which has been developed. As diagnostic element of the developed ellipsometric biosensor, DNA based aptamer sequences that are highly selective for mercury ions were used.
Studies in the context of thesis are comprised of three main groups. First, immobilizing the MPTES (3-mercaptopropyltriethoxysilane) molecule on the silicon surface, the effects of immersion time and the solution concentrations on the monolayer formation (self assembled monolayers, SAM) were investigated. For monolayer formation, 10 mM concentration and 4 hours of immersion time were effective. In part two, immobilization of oligonucleotides probes with different structures on MPTES modified silicone surface were examined. In the ellipsometric analysis, the immobilization of oligonucleotide probes at 1 μM concentrations for 12 hours was found appropriate.
In the final part of the thesis, the mercury detection capability and detection sensitivity of the ellipsometry based sensor chips were determined. For this purpose, imposing the sensor chips to the mercury solutions of different concentrations, sensors were examined by using ellipsometric analysis at the end of the process. In this study which is carried out by using two different probes, while a long and straight sequence was preferred for Probe 1, a hair-pin structured oligonucleotide sequence was chosen for Probe 2. While the detection sensitivity obtained by Probe 1 was 0.2554 degrees/ μM, the detection sensitivity of Probe 2 was obtained as 0.1879 degree/ μM. In addition, while 71 nM of mercury was detected by the sensor with Probe , a detection limit of 3.95 pM was reached with Probe 1.