Enzim-mikroorganizma hibrit sistemine dayalı nanomateryal modifiye yeni bir biyosensör sistemi geliştirilmesi ve sükroz tayinine adaptasyonu
Development of a new nanomaterial modified biosensor system based on enzyme-microorganism hybrid system and its adaptation to sucrose determination
Yazar: VURAL EFE
Danışman: PROF. DR. EROL AKYILMAZ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Sükrozun seçici, duyarlı ve spesifik tayini için enzim-mikroorganizma hibrit sistemine dayalı yeni bir biyosensör sistemi geliştirilmiştir. Bu çalışmada mikroorganizma olarak Saccharomyces cerevisiae ile invertaz enzimi karbon pasta elektrotuna immobilize edildi. Elektrotun yüzey modifikasyonu için nano materyallerden altın nanopartikül (AuNP) kullanılmıştır. İmmobilizasyon aşamaları CV ile karakterize edilmiştir. Sükroz tayinine yönelik biyosensörle alınan ölçümlerde amperometrik metod kullanıldı. Bu metod ile optimizasyon ve karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Hibrit biyosensörünün amperometrik çalışma potansiyeli 0,5 V olarak tespit edildi. Hibrit biyosensörün çalışma koşulları, pH:7,0 50 mM fosfat tampon ve optimum sıcaklık 35°C olarak bulunmuştur. İnvertaz enzim aktivitesi ve S.cerevisiae miktarına bakılarak hibrit biyosensör üzerindeki etkisi gözlemlendi. Bu çalışmada geliştirilen hibrit biyosensörün doğrusal tayin aralığı (0,1-5,0 µM) olarak belirlenmiştir. Sükroz tayinine yönelik hibrit biyosensörün tayin limiti (LOD) 0,08 µM ve tayin sınırıda (LOQ) 0,25 µM olarak bulunmuştur. Tekrarlanabilirlik denemeleri kapsamında 2 µM sükroz konsantrasyonu ile yapılan ölçümlerde (n=5)  ortalama değer (x̄) 1,81 µM, standart sapma (S.S. ±) ±0,09 µM ve % varyasyon katsayısı (% V.K.) % 4,93  olarak belirlenmiştir. Hibrit biyosensörün substrat spesifikliği ile girişim etkisine de bakılmıştır. Biyosensöre yönelik depo kararlılığı denemeleri yapılmıştır. Son olarak sükroz tayinine yönelik olarak geliştirilen hibrit biyosensör ile meyve suyu örneklerinde sükroz tayinleri gerçekleştirilmiştir. 
Sonuç olarak, sükrozun seçici ve spesifik tayini için invertaz-S.cerevisiae temelli yeni bir hibrit biyosensör oluşturularak, sükrozun tayin metodlarına yeni ve orijinal bir bakış açısı getirilmiştir. Bu çalışma, ileride yapılacak özellikte hibrit tarzı biyosensör çalışmalarına referans olarak, bu alanda bilimsel katkılar sunacaktır.

Abstract:
A new biosensor system based on enzyme-microorganism hybrid system has been developed for the selective, sensitive and specific determination of sucrose. In this study, the microorganism Saccharomyces cerevisiae and the invertase enzyme were immobilized to the carbon paste electrode. Gold nanoparticle (AuNP), one of the nanomaterials, was used for surface modification of the electrode. Immobilization stages were characterized by cyclic voltammetry. The amperometric method was used in measurements taken with a biosensor for the determination of sucrose. Optimization and characterization studies were carried out with this method. The amperometric operating potential of the hybrid biosensor was determined as 0.5 V. The operating conditions of the hybrid biosensor were found to be pH:7.0, 50 mM phosphate buffer and optimum temperature 35°C. Its effect on the hybrid biosensor was observed by looking at the invertase enzyme activity and the amount of S. cerevisiae. The linear determination range of the hybrid biosensor developed in this study was determined as (0.1-5.0 µM). The limit of detection (LOD) of the hybrid biosensor for the determination of sucrose was found to be 0.08 µM and the limit of detection (LOQ) was 0.25 µM. In the measurements made with 2.0 µM sucrose concentration (n=5) within the scope of repeatability experiments were determined mean value (x̄), 1.81 µM, standard deviation (S.S. ±) ±0.09 µM and coefficient of variation (V.C.%) 4.93%. The interference effect of the hybrid biosensor with substrate specificity was also examined. Depot stability experiments were carried out for the biosensor. Finally, fruit juice samples were examined with the hybrid biosensor developed for sucrose determination.
As a result, an original perspective was brought to the determination methods of sucrose by creating a new invertase-S.cerevisiae hybrid biosensor for the selective and specific determination of sucrose.This study will provide scientific contribution as a reference to future biosensor studies.