Yüzey plazmon rezonans sensörü ile sentetik reseptörler kullanılarak sütte bulunan benzilpenisilinin tayini
Detection of benzylpenicillin in milk using synthetic receptors with surface plasmon resonance
Yazar: ONUR ÇELİK
Danışman: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Grafen oksit = Graphene oxide ; Moleküler baskılama = Molecular suppression ; Sensörler = Sensors ; Yüzey plazmon rezonans teorisi = Surface plasmon resonance theory

Özet:
Gıda ürünlerinde, içme suyunda ve çevrede bulunan antibiyotik kalıntıları, antibiyotiğe dirençli bakteri suşlarının ortaya çıkması, normal ekolojik dengenin bozulması ve alerjik reaksiyon insidansının artması dahil olmak üzere ciddi sağlık sonuçlarına neden olmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, halk sağlığının korunması için gıda ve çevredeki bu antibiyotik kalıntılarının tespiti hayati önem taşımaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, moleküler baskılama tekniği kullanılarak hazırlanan yüzey plazmon rezonans (SPR) sensör ile hem sulu çözelti hem de süt örneklerinden benzilpenisilin antibiyotiğinin seçici ve hassas tayini gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, benzilpenisilin baskılanmış poli (hidroksietil metakrilat-grafen oksit-N-metakriloil-L-fenilalanin) (MIP-GO) SPR sensör hazırlanmıştır. Hazırlanan sensör yüzeyinin farklı yöntemler ile karakterize edilmesinden sonra MIP-GO SPR sensör benzilpenisilini 1-100 ppb derişim aralığında 0.021 ppb düşük tayin sınırı ve 0.9665 korrelasyon katsayısı ile doğrusal ilişki göstererek tayin etmiştir. MIP-GO SPR sensörün hedef molekül benzilpenisilini seçici tayin ettiğini göstermek amacı ile seçicilik çalışmaları gerçekleştirilmiş ve benzilpenisilini, amoksisilinden 8.16 kat ve ampisilinden 14.04 kat daha seçici tayin ettiği tespit edilmiştir. Baskılama verimliliğini incelemek amacı ile benzilpenisilin baskılanmamış poli (hidroksietil metakrilat-grafen oksit-N-metakriloil-L-fenilalanin) (NIP-GO) SPR sensör benzilpenisilin molekülü eklenmeden aynı polimerizasyon reçetesi kullanılarak hazırlanmıştır. MIP-GO SPR sensör ile NIP-GO SPR sensör karşılaştırıldığında baskılama verimliliği (IF) 11.06 olarak tespit edilmiştir. Grafen oksit (GO) yüzey plazmon rezonans sinyal yanıtını artırmak amacı ile eklendiğinden, bu etkiyi incelemek için GO eklenmeden hazırlanan poli (hidroksietil metakrilat-grafen oksit-N-metakriloil-L-fenilalanin) (MIP) SPR sensör ile kontrol deneyleri gerçekleştirilmiştir. MIP-GO, NIP-GO ve MIP SPR sensörler, fourier dönüşümlü kızılötesi spektrofotometresi, atomik kuvvet mikroskobu ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. MIP-GO SPR sensörün tekrarlanabilirlik çalışmaları, 25 ppb benzilpenisilin derişimi içeren çözelti ile gerçekleştirilerek istatistiksel olarak analiz edilmiştir. %1.0'den az olan gün-içi analizlerin yüzde göreli standart sapması (RSD), aynı sensörle dört adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsünden sonra bile benzilpenisilin algılama yeteneğinde ihmal edilebilir bir kayıp olduğuna işaret etmiştir. Gerçek gıda örneği olarak içine 6.25 ppb benzilpenisilin eklenen ve eklenmeyen sütteki benzilpenisilin miktarı MIP-GO SPR sensör ile tespit edilmiştir. Validasyon çalışmaları için yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) deneyleri gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Antibiotic residues in food products, drinking water and the environment cause the emergence of antibiotic-resistant bacterial strains, disruption of the normal ecological balance, and serious health consequences, including an increased incidence of allergic reactions. For these reasons, the detection of these antibiotic residues in food and the environment is vital for the protection of public health. In this study, selective and sensitive detection of benzylpenicillin antibiotic from both aqueous solution and milk samples was performed by surface plasmon resonance sensor prepared using molecular imprinting technique. For this purpose, benzylpenicillin imprinted poly (hydroxyethyl methacrylate-graphene oxide-N-methacryloyl-L-phenylalanine) (MIP-GO) SPR sensor was produced. Following the charaterization studies of sensor surface, benzylpenicillin detection was performed by MIP-GO SPR sensor with 0.021 ppb detection limit and a linear correlation of 0.9665 for the 1-100 ppb concentration range of benzylpenicillin. Selectivity studies were carried out to show that the MIP-GO SPR sensor selectively detects the target molecule benzylpenicillin, and it was determined that the MIP-GO SPR sensor detected the target benzylpenicillin molecule 8.16 times more selectively than amoxicillin and 14.04 times more selectively than ampicillin. To examine the imprinting efficiency, non-imprinted poly (hydroxyethyl methacrylate-graphene oxide-N-methacryloyl-L-phenylalanine) (NIP-GO) SPR sensor was prepared using the same polymerization recipe without the addition of benzylpenicillin molecule. By comparing the MIP-GO SPR sensor with the NIP-GO SPR sensor, the imprinting efficiency was determined as IF: 11.06. Since graphene oxide (GO) was added to increase the surface plasmon resonance signal response, control experiments were performed by a poly (hydroxyethyl methacrylate-graphene oxide-N-methacryloyl-L-phenylalanine) (MIP) SPR sensor prepared without adding GO to examine this effect. MIP-GO, NIP-GO and MIP SPR sensors were characterized by fourier-transform infrared spectrophotometer, atomic force microscopy and contact angle measurements. Repeatability studies of MIP-GO SPR sensor were performed for 25 ppb benzylpenicillin concentration and statistically analyzed. The percent relative standard deviation (RSD) of intraday-assays of less than 1.0% indicated a negligible loss of benzylpenicillin detection ability even after four adsorption-desorption cycles with the same sensor. As a real food sample, the benzylpenicillin amount spiked into the milk sample with 6.25 ppb final benzylpenicillin concentration and also unspiked milk sample was determined by MIP-GO SPR sensor. High-performance liquid chromatography (HPLC) experiments were carried out for validation studies.