Ekran baskılı grafen elektrotlar kullanılarak pestisitlerin amperometrik biyosensörlerle tespiti
Detection of pesticides by using amperometric biosensor based on screen printed elektrodes
Yazar: ŞEHRİ ÇATALCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EBRU SAATÇİ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Elektrokimyasal pesitisit biyosensörleri düşük maliyet, kolay hazırlanma ve yerinde analize imkan sağladığından çevre kirleticilerinin analizinde HPLC, GC ve LC/MS/MS gibi geleneksel yöntemlere göre daha etkili bir alternatiftir. Bu çalışmada, geleneksel yöntemlere rakip olan asetilkolinesteraz (AChE) temelli amperometrik pestisit biyosensörü geliştirilerek, malathion, chlorpyrifos-ethyl ve deltamethrinin sudaki kalıntı miktarları tespit edilmiştir. Bunun için, öncelikle manyetik boncuk ve ekran baskılı elektrotlara dayalı metotla geliştirilen biyosensörün optimizasyonu gerçekleştirildi. Elde edilen sonuçlar ile manyetik boncuklar için optimum değer 0.3 mg/ml olarak belirlendi. Enzim optimizasyonunda, 1/25 dilüsyon oranı optimum değer olarak kabul edildi. AChE'ın elektroaktif substratı asetiltiyokolin (ACTC) çalışma konsantrasyonu 2 mM optimum değer olarak bulundu. Kinetik ölçümlere göre asetiltiyokolin için Km ve Vmax değerleri sırasıyla 0.67 mM ve 833 Δakım/dk olarak bulundu. Tüm akım okumaları optimum uygulama voltajı olan 700 mV da yapıldı.
Pestisit ölçümü çalışmalarında malathion için standart konsantrasyon aralığı 0.1-75 g/ml arasında belirlenmiş olup, en küçük tespit limiti 0.3 µg/ml'dir. Chlorpyrifos-ethyl için standart konsantrasyon aralığı 1-160 g/ml arasında ve en küçük deteksiyon limiti 3 µg/ml olarak bulundu. Deltamethrin için ise standart konsantrasyon aralığı 7.5-250 g/ml arasında olup, en küçük deteksiyon limiti 14 µg/ml olarak kaydedildi. Bu değerler altında yapılan çalışmalar sonucunda, malathion ve chlorpyrifos-ethyl AChE'ı inhibe ederken, deltamethrinin enzimi aktive ettiği görüldü. Malathion için en yüksek değerde (75 µg/ml) % 91, en düşük değerde % 6 (0.1 µg/ml) inhibisyon gösterirken, chlorpyrifos-ethyl en yüksek değerde (160 µg/ml) % 88, en düşük değerde % 4 (1 µg/ml) inhibisyon gösterdi. Deltamethrin ise 125 μg/ml düzeyinde % 95, en düşük değerde (7.5 µg/ml ) % 4 aktivasyon gösterdiği gözlendi.

Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal biyosensör, amperometri, SPE, malathion, chlorpyrifos-ethyl, deltamethrin, AChE

Abstract:
Electrochemical pesticide biosensors are more applicable devices for the detection of enviromental toxic materials when they compared to other traditional devices, such as HPLC, GC and LC/MS/MS. They have low cost, easy to use and on-site measurement properties. In this study, acetylcholinesterase (AChE) -based amperometric pesticide biosensor, is a rival to traditional methods, was developed and the amounts of residues in malathion, chlorpyrifos-ethyl and deltamethrinin were determined. Firstly, the biosensor optimization was carried out with the method based on magnetic beads and printed electrodes. With the obtained results, the optimum value for magnetic beads was determined to be 0.3 mg/ml. For enzyme optimization, the 1/25 dilution ratio was considered the optimum value. AChE's electroactive substrate acetylthiocholine (ACTC) optimum working concentration was found to be 2 mM. According to kinetic measurements, Km and Vmax for acetylthiocholine was found as 0,67 mM and 833 Δcurrent/min, respectively. All current readings were made at the optimum application voltage of 700 mV.
In pesticide measurement studies, the standard concentration range for malathion was between 0.1-75 μg/ml with the smallest detection limit of 0.3 μg/ml. The standard concentration range for chlorpyrifos-ethyl was ranged from 1-160 μg/ml with the smallest detection limit of 3 μg/ml. The standard concentration range was found as 7.5-250 μg/ml and the smallest detection limit was recorded as 14 μg/ml for deltamethrin. As a result of the studies, it was seen that deltamethrin activated AChE activity while Malathion and Chlorpyrifos-ethyl inhibited. While the inhibition percent was (75 µg/ml) 91 % for the highest value for malathion and 6 % for the lowest value (0.1 µg/ml) , Chlorpyrifos-ethyl showed 88 % percent inhibition for the highest value (160 µg/ml) and 4 % (1 µg/ml) inhibition for the lowest value. Deltamethrin showed 95 % activation at 125 μg / ml and 4 % activation at the lowest value (7.5 µg/ml). 

Key words: Electrochemical biosensor, amperometry, SPE, malathion, chlorpyrifos-ethyl, deltamethrin, AChE